阿拉果的生平

冒险家

捍卫光波动学说

广泛的科学成就

阿拉果的遗憾

阿拉果的生平

阿拉果(Arago,Dominique Francois Jean)于1786年2月26日出生在法国东部，比利牛斯省埃斯特热勒的一个具有西班牙加泰罗尼亚血统的中等地主家庭里。

1795年，阿拉果的父亲当上了省造币厂的司库，于是全家迁居省的首府佩皮尼昂市，阿拉果在那里完成了他的基础教育。由于他立志要当拿破仑军队炮兵军官，决心上综合工科学校，于是他在15岁时就只身去巴黎自学。两年半内他掌握了考试所需的一切知识，还学习了欧拉的无限小量分析、拉格朗日的解析函数理论和分析力学、拉普拉斯的天体力学，使主考人蒙日大吃一惊，最后，蒙日给了他最高的评语。阿拉果1803年底入学，1804年经泊阿松推荐，担任了巴黎天文台的秘书，从而认识了拉普拉斯等名人。

1806年毕业，阿拉果以第一的成绩从综合工科学校毕业，他毕业后担任了经度局秘书；同年和毕奥一起参加远征西班牙的大地测量队。1808年法西战争爆发，阿拉果被囚禁数月。他辗转数千里，在1809年带了全部测量资料归国。因贡献突出，他在1809年被选入法兰西研究院，得票甚至超过了著名的泊阿松。

1809年年底，在蒙日的推荐下，阿拉果接任蒙日的巴黎工艺学院的画法几何讲座教授；又被拿破仑任命为巴黎天文台研究员。1816年又他当上了《经度局年报》的主要撰稿人，同年又和盖·吕萨克共任《化学和物理学年报》的主编。

1820年以前，阿拉果和菲涅耳共同研究偏振光的干涉，重振光的波动说，与坚持光的微粒说的拉普拉斯、毕奥、泊阿松展开了激烈的论战。1820年后，阿拉果转向电磁学研究，以研究旋转铜盘对磁针的效应而获得了1825年的科普利奖。1830年，阿拉果出任天文台台长，并继傅里叶之后担任科学院终身秘书。

1830年7月革命后，阿拉果先后被选为家乡和巴黎的议员；1848年2月革命中，临时政府成立，他任海军和陆军部长、执委会主席，曾签署过不少改革方案。6月革命后，阿拉果退出政界。

1850年，阿拉果的视力突然衰退，几近失明，这迫使他放弃了计划中的测定光密介质中的光速实验，而由年轻的傅科和菲佐完成。1850年，他拒绝向路易·波拿巴政府宣誓效忠，毅然辞去经度局的职务，但未获得批准。1853年10月2日，阿拉果在巴黎去世。他一生都执着于科学研究直到逝世，他也一直指导实验并推动科学进步。

冒险家

阿拉果非常富于冒险精神，这充分的体现在了他的大地测量工作中。法国大革命胜利后，巴黎很快成为世界的科学技术中心，革命政府向科学家提出的第一个实际要求是统一法国的度量衡。

经拉普拉斯、拉格朗日和拉瓦锡等组成的委员会研究，认为首先要制作一个“世界各国万古通用”(这句话刻在巴黎国际计量局保存的铂铱标准米尺上)的标准尺，并确定标准单位米是地球经度圈(即子午圈)的四千万分之一。由天文学家德朗布尔和梅尚，于1792年开始用三角测量法测出从法国敦克尔克到西班牙巴塞罗那南面的福尔门特拉岛约9.5度的弧长，加上在秘鲁的测量结果，联合确定。在工作将完成时，由于梅尚的逝世而终止。

1806年，阿拉果和毕奥受托测量完成西班牙东北部最危险和艰苦的一段，到1808年测定福尔门特拉岛纬度后，毕奥回国，留下阿拉果完成该岛和马略卡、伊萨维三岛的三角测量。

这时法西战争爆发，阿拉果在马略卡岛山上点燃测量用火堆，被误认为是引法军入侵的信号，1808年6月阿拉果被捕并被囚禁在岛上的要塞里；7月28日，阿拉果从监狱逃离；8月3日，他冒险潜入阿尔，乔扮成江湖商人，乘船回马赛；18日船近港口时，阿拉果又被西班牙海盗截回，囚禁3个月后才释放；坐船再赴马赛，又被北风吹到阿尔及利亚的布日伊湾，由伊斯兰阿訇带路循陆路到阿尔及尔，途中多次遇到狮子骚扰。

阿拉果在阿尔及尔住了6个月，才乘船到马赛，又受到检疫隔离，在隔离期间，他最先收到了洪堡的贺信，回巴黎后两人就住在一起，开始了他们之间长达40年的深醇友谊。

1818～1819年，阿拉果又和毕奥一起在英格兰和苏格兰进行大地测量，对利兹和设德兰群岛进行科学考察。在拿破仑帝国快没落时，阿拉果曾筹划去美洲新大陆，从加拿大考察到智利南端的含恩角，虽然最终没有能够实现，但他不怕艰苦勇于冒险的性格，由此可见一斑。

捍卫光波动学说

阿拉果长期受拉普拉斯学派教育，早年遵循微粒说观点研究光学。在拉普拉斯体系中，光和热、电、磁一样，都是由无重量的微粒构成的流体，它们受物质分子的短程引力和斥力的作用，产生反射、折射、双折射等各种光学现象；对分子相同的物质，折射率将和密度成正比。

阿拉果在学习期间已和毕奥合作研究光在地球大气中的折射，以证明拉普拉斯在天体力学中提出的大气由氧和氮的同心环组成、密度随海拔变动的公式。阿拉果用实验证明，温度和压强影响大气折射，而空气温度及二氧化碳的含量可以忽略。

1808年马吕斯发现了光的偏振现象，阿拉果就用偏振光以不同的入射角度投向各气态、液态和晶态物质，结果发现了旋光现象。1810年，为了进一步弄清光的微粒的性质，他利用地球平动对源自不同恒星的光在棱镜中的折射的影响，来确定恒星的大小是否影响光的速度。

囿于微粒说，阿拉果没有得出光速不受地球平动影响的结论；但他仍然认为恒星发出不同速度的光微粒，而只有一定速度范围内的光微粒才引起视觉。

阿拉果对微粒说信仰的动摇，始于1813年。当年他和珀蒂测定了许多液体和固体折射率，发现根本不存在微粒说所述的和密度成正比的关系；此外，他还认识到1801年杨的干涉理论能更好地解释色偏振等实验事实。因此，当1815年，当菲涅耳的关于光的衍射论文在法国科学院初次宣读时，就得到阿拉果和珀蒂的全力支持，他们用折射实验证明波动说的优越性，并回驳拉普拉斯等一个接着一个的攻击。

1818年法国科学院因衍射问题征奖时，泊阿松根据菲涅耳应征论文理论推得，小圆盘的阴影中心应该出现一个亮点，于是断定波动说为谬论。然而阿拉果用实验证明这种亮点确实存在，有力地支持了波动说。

按照微粒说，光的传播速度在稠密介质中应较大，而按照波动说则相反。阿拉果1838年开始设计了一个判决性实验，打算直接比较光在空气、水和玻璃中的传播速度。却因1848年法国革命和1850年他失去视力，未及完成这一实验就去世了。阿拉果在晚年鼓励青年科学家继续进行这项工作。后来傅科和斐索改进了他的设计，果然把这个实验做成了，从而直接否定了光的微粒说。

阿拉果还和菲涅耳一起，系统地研究偏振光的干涉。明确虽来自同一光源但偏振面相互垂直的两支光束，不能发生干涉。但菲涅耳用横波完满地解释了光的双折射和偏振后，阿拉果却持保留态度。

广泛的科学成就

阿拉果很关心仪器制作，1811年他发明了测定光偏振程度的偏振光镜，以后又改进了这个设备，并用它得出光通过单光轴晶体的寻常光，和非寻常光的强度与入射光强度之比的公式，并用偏振计来区分炽热气体发射的中性光，和从液体或固体表面反射的部分偏振光，从而判定太阳边缘是气体，并确定月面和彗尾的光是反射光。并且发现石英有使偏振光方向旋转的能力， 也就是物质的旋光性。

1820年，阿拉果得悉奥斯特发现电流的磁效应后，亲自访问了日内瓦的实验室，验证奥斯特实验结果；又在巴黎重复此实验，发现软铁的瞬时磁化。他像鼓励菲涅耳那样，支持安培完善他的电磁力理论，并成为安培理论的热心宣传者。

1822年，他和洪堡测量格林威治附近小山的磁场强度时，注意到磁针附近的金属物对磁针的振动有阻尼作用，他考虑是否存在逆效应，即旋转的铜盘能带动附近的磁针转动，实验证明有此效应，他从而获得了1825年度的科普利奖，并命名此盘为阿拉果盘。这个实验震动了欧洲的物理学家，谁也不能解释这个现象。法拉第在他著名的《电学实验研究》一书的第2节中，称誉它为"非凡的实验"，在第4节中表示他的电磁感应实验是"完满解释阿拉果现象的钥匙"，并把长达69节的第4章命名为“阿拉果磁现象的解释”，可见这一实验影响之深远。

1825年，阿拉果和杜隆合作，为避免蒸汽机爆炸，长期冒险测量高温蒸汽的压强，验证玻意尔定律到24个大气压。

1830年以后，阿拉果的主要精力转移到政治活动，他成为了著名的共和派人士，利用他的政治影响和在科学院、天文台中的职务，做了大量的科学组织和宣传工作。

例如：他审定并公布了达盖尔和涅普斯的最早的照相术，并给他俩发年金支持改进工作；他用法国自制的观测设备，代替已使用百余年的英国造的仪器，更新了巴黎天文台；参与并组织法国著名天文学家观测1842年西班牙日全食；鼓励勒韦里埃参加布瓦尔的天王星表工作，为发现海王星准备条件；他亲自在天文台作经常的系统的天文普及报告；出版费马和拉普拉斯著作；接收并扩充了以陈列中世纪工艺品著名的布吕尼博物馆；发展铁路和电报；改进塞纳河的航运，开凿格林内尔的喷水井等。

1848年2月，路易力浦王朝被推翻，临时政府成立，阿拉果在临时政府任职时，曾签署改进海军士兵供应，禁止鞭刑，废除殖民地的黑奴取消政治效忠宣誓等法案。但他坚决反对布朗基、勒德律·罗兰和布朗的社会计划。1848年6月巴黎无产阶级起义后，他退出政界。

阿拉果一生清廉，他在从政期间不取厚棒，仍拿他经度局那一份工薪；在海军部长任内，他也拒绝一切奖赠。他热情支持当时的科学技术研究和发明，尤其关心青年人的创新精神。

为了纪念这个伟大、富有冒险和创新精神的科学家，1879年，人们在佩皮尼昂市的广场上树立了他的铜像。

阿拉果的遗憾

阿拉果一向是光波动说的捍卫者，他和菲涅耳在光学上其实是长期合作的。菲涅耳关于光是横波的思想，最初还是来源于托马斯?杨写给阿拉果的一封信。而对于相互垂直的两束偏振光线的相干性的研究，是他和菲涅耳共同作出的，两人的工作明确了来自同一光源但偏振面相互垂直的两支光束，不能发生干涉。但在双折射和偏振现象上，菲涅耳显然更具有勇气和革命精神，在两人完成了《关于偏振光线的相互作用》这篇论文后，菲涅耳指出只有假设光是一种横波，才能完满地解释这些现象，并给出了推导。然而阿拉果对此抱有怀疑态度，认为菲涅耳走得太远了。他坦率地向菲涅耳表示，自己没有勇气发表这个观点，并拒绝在这部分论文后面署上自己的名字。于是最终菲涅耳以自己一个人的名义提交了这部分内容，引起了科学院的震动，而最终的实验却表明他是对的。这大概是阿拉果一生中最大的遗憾，他本有机会和菲涅耳一样成为在科学史上大名鼎鼎的人物。当时的菲涅耳还是无名小辈，而他在学界却已经声名显赫，被选入法兰西研究院时，得票甚至超过了著名的泊松。其实在光波动说方面，阿拉果做出了许多杰出的贡献，不在菲涅耳之下，许多还是两人互相启发而致的。在菲涅耳面临泊松的质问时，阿拉果仍然站在了菲涅耳一边，正是他的实验证实了泊松光斑的存在，使得波动说取得了最后的胜利。但关键时候的迟疑，却最终使得他失去了“物理光学之父”的称号。这一桂冠如今戴在菲涅耳的头上。