光路可逆？牛顿到底怎样合成白光

七君

光的色散指的是复色光分解为单色光的现象。光的色散需要有能折射光的介质，介质折射率随光波频率而变。当复色光在介质界面上折射时，介质对不同频率的光有不同的折射率，各色光因所形成的折射角不同而彼此分离。

一个“习惯性”的错误

大家在中学的时候学过，牛顿利用棱镜发现了光的色散，证明白光是由不同颜色的光合成的。为了让同学们加深印象，老师也会用三棱镜做实验，实验器材通常如图1。许多老师会介绍，白光经过三棱镜发生色散变成七色光（图2）。老师会继续介绍，七色光若原路返回，就能再次合成白光。那么怎么原路返回呢？在后面加一个倒转的一模一样的三棱镜就可以了嘛（图3）。

图3看起来是不是很熟悉且没毛病？实际上，这套器材和这种解释完全是错误的。牛顿也根本不是这样合成白光的。在国外的知名大学教材以及期刊论文中，这种错误也在不断重复。现在我们就来了解一下，这个经典中学实验到底错在哪里。

牛顿是怎么合成白光的

事情要从300多年前说起。在牛顿的年代，人们认为白光是某种单色光，其他的光是在白光的基础上产生的。当时，关于光的颜色的盛行理论是笛卡尔提出的。笛卡尔认为，光的颜色来自发光体和人眼之间的介质，和光源无关，光的色彩不是光自带的特征。

当时还默默无闻的牛顿并不相信这种说法。牛顿一开始注意到笛卡尔理论的问题是因为他观察到了这个现象：把一束圆形的光射到三棱镜上时，三棱镜背后没有出现圆形的图像，而出现了一个长条的光谱。……