光譜學(xué)是光學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，它研究各種物質(zhì)的光譜的產(chǎn)生機(jī)器物質(zhì)之間的相互作用。而光譜是一類(lèi)借助光柵、棱鏡、傅里葉變換等分光手段將一束電磁輻射的某項(xiàng)性質(zhì)解析成此輻射的各個(gè)組成波長(zhǎng)對(duì)比性質(zhì)的貢獻(xiàn)的圖表。

　　人類(lèi)觀察到的第一種光譜，無(wú)疑是天空中的彩虹，自然界中另一個(gè)引人注目的光譜現(xiàn)象是極光。

　　從牛頓發(fā)現(xiàn)白光是由各種顏色的光組成的開(kāi)始算起的話，人類(lèi)對(duì)光譜的研究已經(jīng)有350年的歷史了?，F(xiàn)在，光譜學(xué)的應(yīng)用極為廣泛而多樣化。他提供了長(zhǎng)度與時(shí)間的基本單位。同時(shí)廣泛應(yīng)用于分析工作、天文學(xué)以及衛(wèi)星等各個(gè)領(lǐng)域。

　　今天我們來(lái)認(rèn)識(shí)12位為光譜學(xué)的發(fā)展而努力的科學(xué)家，別說(shuō)你只認(rèn)識(shí)第一個(gè)......

　　對(duì)可見(jiàn)光譜所作的首次科學(xué)研究是1666年牛頓的著名色散實(shí)驗(yàn)，這是人類(lèi)最早對(duì)光譜的研究。

　　通過(guò)玻璃棱鏡的太陽(yáng)光分解成了從紅光到紫光的各種顏色的光譜，他發(fā)現(xiàn)白光是由各種顏色的光組成的，可惜的是并未觀察到光譜譜線。

　　1802年，英國(guó)科學(xué)家沃拉斯頓采用了窄的狹縫。發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜中的7條暗線，這是光譜學(xué)的一個(gè)重大進(jìn)展，因?yàn)椴捎锚M縫的像進(jìn)行研究要比針孔的像進(jìn)行研究容易得多。但沃拉斯頓并未就此深入研究，錯(cuò)誤以為是顏色的分界線。

　　德國(guó)物理學(xué)家夫瑯和費(fèi)(1787～1826)，也獨(dú)立地采用了狹縫，在研究玻璃對(duì)各種顏色光發(fā)折射率時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了燈光光譜中的橙色雙線。

　　1814年，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜中的許多暗線;1822年，夫瑯和費(fèi)用鉆石刻刀在玻璃上刻劃細(xì)線的方法制成了衍射光柵。

圖：夫瑯和費(fèi)線

　　夫瑯和費(fèi)是第一位用衍射光柵測(cè)量波長(zhǎng)的科學(xué)家，被譽(yù)為光譜學(xué)的創(chuàng)始人。夫瑯和費(fèi)利用自己的狹縫和光柵得以編排太陽(yáng)光譜里576條狹窄的、暗的“夫瑯和費(fèi)線”。夫瑯和費(fèi)線是光譜中最早的基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)，對(duì)這些暗線的解釋一直是其后45年中的一個(gè)重要問(wèn)題。

　　來(lái)自海德堡大學(xué)的物理學(xué)教授基爾霍夫(1824～1887)給出了夫瑯和費(fèi)線的答案。他斷言：“夫瑯和費(fèi)線”與各種元素的原子發(fā)射譜線處于相同波長(zhǎng)的位置。這些黑線的產(chǎn)生是由于在太陽(yáng)外層的原子溫度較低，因而吸收了由較高溫度的太陽(yáng)核心發(fā)射的連續(xù)輻射中某些特定波長(zhǎng)造成的。這種吸收與發(fā)射之間的關(guān)系導(dǎo)致他創(chuàng)建了現(xiàn)在眾所周知的基爾霍夫定律。　

　　德國(guó)科學(xué)家本生與基爾霍夫在19世紀(jì)60年代發(fā)展起實(shí)用光譜學(xué)，他們系統(tǒng)地研究了多種火焰光譜和火花光譜，并指出，每一種元素的光譜都是獨(dú)特的，并且只需極少里的樣品便可得到，這樣，他們就牢固地建立起光譜化學(xué)分析技術(shù)。

　　并利用這種方法發(fā)現(xiàn)了兩種新元素：銣和銫。這兩種元素的發(fā)現(xiàn)是卓越的，因?yàn)樗乳T(mén)捷列夫提出的能預(yù)言未知元素的周期律還早10年。這是通過(guò)光譜分析方法發(fā)現(xiàn)的一些元素中的第一批元素。同時(shí)人類(lèi)應(yīng)用光譜技術(shù)共發(fā)現(xiàn)了18種元素。

　　他們研究了太陽(yáng)光，并且首次對(duì)環(huán)繞太陽(yáng)的大氣層作了化學(xué)分析，指出環(huán)繞太陽(yáng)的大氣也是由地球上已知的那些元素組成的。1859年，本生和基爾霍夫還研制出了第一臺(tái)實(shí)用的光譜儀。

　　1868年，瑞典物理學(xué)家埃格斯特朗發(fā)表了“標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜”圖表，記載了上千條夫瑯和費(fèi)譜線的波長(zhǎng)，為光譜學(xué)研究提供了有價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)，而埃格斯特朗也被稱為“光譜學(xué)的奠基人”。為紀(jì)念埃格斯特朗將波長(zhǎng)的單位定為埃。

　　1882年，美國(guó)物理學(xué)家羅蘭(1848～1901)研制出平面光柵和凹面光柵，獲得了極其精密的太陽(yáng)光譜，譜線多達(dá)20000多條，新編制的“太陽(yáng)光譜波長(zhǎng)表”被作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使用長(zhǎng)達(dá)30年之久。

　　從事天文測(cè)量的瑞士科學(xué)家巴耳末(英：ohann Balmer)找到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)說(shuō)明已知的氫原子譜線的位置，此后便把這一組線稱為巴耳末系。

　　1889年，瑞典光譜學(xué)家里德伯(瑞典語(yǔ)：Johannes Robert Rydberg)發(fā)現(xiàn)了許多元素的線狀光譜系，其中最為明顯的為堿金屬原子的光譜系，它們也都能滿足一個(gè)簡(jiǎn)單的公式。

　　1896年，塞曼(英語(yǔ)：Pieter Zeeman)把光源放在磁場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)了觀察原子光譜在磁場(chǎng)中的分裂現(xiàn)象，并且這些譜線都是偏振的?，F(xiàn)在把這種現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)。

　　1897年，洛倫茲對(duì)于塞曼效應(yīng)作了滿意的解釋。洛倫茲認(rèn)為一切物質(zhì)分子都含有電子，陰極射線的粒子就是電子。把以太與物質(zhì)的相互作用歸結(jié)為以太與電子的相互作用。

　　這一理論成功地解釋了塞曼效應(yīng)，與塞曼一起獲1902年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。塞曼效應(yīng)不僅在理論上具有重要意義，而且在應(yīng)用中也是重要的。在復(fù)雜光譜的分類(lèi)中，塞曼效應(yīng)是一種很有用的方法，它有效地幫助了人們對(duì)于復(fù)雜光譜的理解。

　　盡管氫原子光譜線的波長(zhǎng)的表示式十分簡(jiǎn)單，不過(guò)當(dāng)時(shí)人們對(duì)其起因卻茫然不知，一直到1913年，丹麥科學(xué)家玻爾才對(duì)它作出了明確的解釋。

　　但玻爾理論并不能解釋所觀測(cè)到的原子光譜的各種特征，即使對(duì)于氫原子光譜的進(jìn)一步的解釋也遇到了困難。