牛頓的三棱鏡實驗 （圖片來源：百度圖片）
在人類從外界獲取的各種信息的總體中，有80%以上是依靠視覺實現(xiàn)的，而光是構成視覺不可或缺的要素。因此，人們對光的關注、思考和認識很早就開始了。到古希臘為止，已經(jīng)出現(xiàn)了形形色色的用于解釋視覺、光和顏色現(xiàn)象的初步系統(tǒng)化的理論。
“伽利略以降，隨著望遠鏡、顯微鏡等裝配有各式透鏡的光學儀器的廣泛應用，透鏡成像的色差困擾成為新的光學研究的重要誘因和研究熱點，包括開普勒、笛卡爾、波義耳、虎克、惠更斯和牛頓等著名科學家都對這一主題的相關內容進行了新的重要探索，取得了一系列革命性的成就，翻開了光學的新篇章。”中國科學院自然科學史研究所樊小龍博士向《中國科學報》記者介紹。
開普勒研究了光的折射，試圖找到其中的規(guī)律（這一規(guī)律隨后被斯涅耳發(fā)現(xiàn)）。笛卡爾使用玻璃球制造人工彩虹，從而對彩虹的機理給出了解釋；另外，他曾使用三棱鏡驗證其對日光的投影是橢圓，然而他太關注于這一目的，因此并沒有使自己的屋子足夠暗，也沒有充分觀察投影的形狀和顏色；還有，笛卡爾與洛克等人明確拒斥亞里士多德關于真假顏色兩分的論斷，將顏色問題真正納入到了光學的范疇。波義耳對顏色現(xiàn)象給予了充分的重視，他親自做過大量的實驗，并著有《關于顏色的實驗和思考》（1664），對青年牛頓產(chǎn)生了重大影響；另外加桑迪及波義耳的微粒說物質觀也對牛頓產(chǎn)生了深遠的影響。虎克在其《顯微學》一書中探討了薄膜的顏色，推翻了笛卡爾有關同類型的兩次折射不能產(chǎn)生顏色的論斷，并采用新的修正理論對這一現(xiàn)象進行了解釋；虎克也曾使用三棱鏡（裝滿水的玻璃球）做過色散實驗，但是他的棱鏡與投影的距離太近，因而只觀察到微弱的紅色和藍色在光斑兩端的出現(xiàn)，從而錯過了全色譜的發(fā)現(xiàn)。惠更斯曾在1652~1653年間用玻璃棒做過彩虹顏色的實驗，他成功觀察到了色光的變化，并且測量了紅光的折射角，然而未能作進一步的研究。
總體來看，在牛頓之前，人們對太陽光的顏色及彩虹的成因爭論不休。與此同時，大量新的分歧及新的光學現(xiàn)象陸續(xù)產(chǎn)生。直到牛頓做出了著名的色散實驗——牛頓的三棱鏡分解太陽光實驗——謎底才得以解開。
1666年，牛頓利用在家休假期間，找來了一塊三棱鏡，用來進行分解太陽光的色散實驗。他布置了一個房間作為暗室，只在窗板上開一個圓形小孔，讓太陽光射入，在小孔面前放一塊三棱鏡，立刻在對面墻上看到了鮮艷的像彩虹一樣的七彩色帶，這七種顏色由近及遠依次排列為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。難道白色的陽光是由這七種顏色的光組成的嗎？牛頓假設如果白光通過三棱鏡后變成七種顏色的光是由于白光與棱鏡的相互作用，那么各種顏色的光經(jīng)過第二塊棱鏡時必然會再次改變顏色。于是他又拿來一塊三棱鏡放在第一塊棱鏡后面，并在兩塊三棱鏡之間放一帶小孔的屏，轉動第一塊棱鏡是各種顏色的光單獨穿過這個小孔，透過小孔出來的就是單一顏色的光。再讓其通過第二塊三棱鏡。實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過第二塊三棱鏡光的顏色并沒有發(fā)生變化，顯然上述關于光與棱鏡相互作用而變色的說法不成立，接著，牛頓開始想，如果白光是其中顏色的光組成的，一塊三棱鏡能把白光分解，那么再用一塊三棱鏡也可能使這些顏色的光復原為白光，實驗成功了，七色光帶又變成了白光。
牛頓的三棱鏡分解太陽光實驗的成功為他后來的光學研究奠定了基礎，牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成。了解了光經(jīng)過三棱鏡會有色散現(xiàn)象。于是，他就自己動手于1668年制成了第一架避免色散的反射望遠鏡。反射望遠鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學天文望遠鏡的基礎。
繼牛頓之后，許多科學家發(fā)現(xiàn)，不同物質發(fā)射出的光，用光譜儀可得一條條不同顏色的細亮線，這就是光譜線，從而開創(chuàng)了現(xiàn)代光譜學，并利用光譜研究物質的原子結構等。今天，小到分子原子，大到星球宇宙。人類對自然界的認識很大程度上都是依賴于各種光譜帶來的信息。可以說，牛頓的實驗開創(chuàng)了現(xiàn)代物理學的重要領域——光譜學研究的先河。