牛顿用一个棱镜，开启了光谱学的传奇史诗

　1665年世纪大瘟疫席卷英国，无学可上的牛顿回到家乡，就在这特殊的一年，牛顿在光学领域取得了巨大突破。

　　牛顿在用三棱镜准备实验时，发现阳光透过三棱镜，在地面上投射出了一条红橙黄绿蓝靛紫七种颜色排开的彩色光带，这条彩色光带被牛顿称之为光谱。

　　基于这次实验，牛顿在第一块三棱镜后方倒放了一块顶角较大的棱镜，试验发现白光与棱镜相互作用变成了七种颜色的光，这七种颜色的光经过第二个棱镜后又变成了白光!这证实了“阳光是由不同颜色的单色光组合而成”的推测。

　　牛顿的这个实验可以算是一种很原始的光谱分析，他首次将三棱镜变成了光谱仪，揭示了白光是由不同颜色的光混合而成。

　　但由于牛顿认为光是一种粒子，所以他用微粒说解释实验现象，认为光的分解和合成就是不同颜色的微粒分开和混合的结果。正是这种片面的认知，致使牛顿并没有真正揭开光的奥秘。

　　双缝干涉实验——近一步探寻光的本质特性

　　19世纪初，一位天才英国医生、英国皇家学院自然哲学教授托马斯·杨做了一个物理史上著名的实验——杨氏双缝干涉实验，近一步对光的本质进行了探究。

　　杨氏双缝干涉实验装置简单来说，是由一个光源、一张刻有两条缝的纸板和一个用于接收投影的屏幕组成。实验原理也很简单，如果光是粒子，那么通过双缝纸板后，屏幕上应该也会形成两条光斑。

　　但如果光是波，光线通过双缝纸板后，如水波纹一样就会互相干涉，最终会在屏幕中形成明暗相间的条纹。实验结果如下图所示，屏幕上出现了相间的条纹，这也被称作干涉条纹。

　　这个实验证明了光是一种波，因为光波在通过两条平行的缝隙后发生了自我干涉，波峰与波峰相遇的地方亮度就会增强，波峰与波谷相遇，亮度就会减弱，所以这些条纹明暗相间。杨氏双缝干涉实验，让人们对光有了更为客观的认知。

　　沃拉斯顿实验、夫琅禾费实验——发现太阳光谱里的神秘暗线

　　同时19世纪初，英国物理学家威廉·沃拉斯顿对牛顿的实验进行了重复和改进。结果他首次发现：在那熟悉的彩色光谱中，存在一些很细的暗线，他以为这些暗线是分割颜色的界限。

　　1814年，德国物理学家夫琅禾费制作了一台分光仪，在太阳与三棱镜之间增加了一道狭缝，在狭缝与三棱镜之间再增加一个准直透镜，使经过狭缝的太阳光变成了平行光，然后在三棱镜后面增加了一个望远镜。

　　夫琅禾费在望远镜里看到了，在太阳光谱中存在的大量密密麻麻的暗线，他花了三年的时间，从太阳光谱里数出了570多条暗线。

　　夫琅禾费标记了这些暗线，我们现在把它称之为夫琅禾费线。可在当时，他并不能解释这些暗线存在的真正原因，以及这些暗线被发现的意义。然而没过多久，真相就慢慢浮出了水面。

　　本生和基尔霍夫合作开创了认识世界的新方法——光谱分析法

　　1855年前后，德国化学家罗伯特·威廉·本生，在他自己发明的本生灯上，燃烧不同成分的化学物质，并发现这些化学物质在燃烧时会出现不同颜色的火焰，他认为用火焰颜色就可以定性化学成分。但复杂物质中，各种火焰颜色相互掩盖，肉眼无法辨别。

　　于是本生找到德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫，两人商议，决定用光谱仪来看光谱，试着用这种方式来鉴别各种物质成分。

　　果然经过光谱仪，他们发现了不同化学成分的物质，在燃烧时能发出的特有光谱，这些光谱里还有着独一无二的亮线，就像是每个人都有专属自己的指纹。

　　他们把不同元素的亮线位置记下，和夫琅禾费观察到的暗线相比，惊奇地发现，这些亮线在太阳光谱里同样的位置下却是暗线。

　　后来基尔霍夫反复试验，证实了那些亮线和暗线都是同一种元素造成的。太阳光谱线中的暗线，是由于连续的太阳白光背景前存在的各种元素，TA们的温度比太阳光源温度低，因此吸收了背景的明亮白光，从而产生了暗线。

　　所以这些亮线就是元素的发射光谱，暗线就是吸收光谱，那么把吸收光谱和发射光谱相对比，就可以知道太阳的元素组成。

　　基尔霍夫和本生用这种光谱分析法，不仅发现了两种新元素：铷和铯，还揭示了太阳元素之谜，在太阳上找到了67种地球上有的元素。

　　从牛顿到基尔霍夫，科学家们在一步步探索上帝设计宇宙时留下的密码——光谱，并用光谱不断获得物质世界的信息。光谱就像一面信息窗口把微观与宏观相联系，让人类可以用宏观的方法探索微观世界的奥秘。如今，随着光谱学高速发展，光谱技术在不同的领域有了广泛的应用。

　　让世界各个领域拥有光谱维度

　　让光谱技术进入各个领域里的机器视觉系统，获得更多维度的信息，是机器视觉未来的发展方向，更是智谱科技发力的赛道。

　　在安全生产领域，面对每年因化工泄漏发生的重大事故造成了严重的经济和社会损失，智谱科技团队从保护人民生命健康安全的考虑出发开展科研公关，自主研发了泄漏气体光谱视频智能检测系统，可实时判断有无泄漏，定位泄漏点，并且能通过测量泄漏量来发出事故预警，最终基于泄漏轨迹、泄漏扩散范围来指导应急处置。

　　智谱科技作为牵头单位，联合中石化安工院、中石油安环院、南京大学、清华大学等单位，起草国内第一个光谱视频检测预警技术规范，并由中国化学品安全协会签发，使光谱视频监控预警的应用成为重要的发展方向。

　　在生态环保领域，我国环保水质监测起步晚，传统监测周期长、成本高，化学方法水进水口、出水口进行滞后性检测，无法评估污水处理过程中的水质状态。智谱科技自主研发了一种快速、准确、低成本的绿色检测技术——光谱水质在线监测技术，结合物联网、云计算、人工智能等先进工业过程分析技术手段，用户可以在水质的实时数据池中深度挖掘水质参数与处理工艺间的隐藏关系，以实现对处理流程的升级改造，降低处理成本，提高水质处理质量。

　　除了安全生产和生态环保，智谱科技仍将推动光谱视频技术在农业、食品、生物、健康、制药、军事、安防等众多领域的深入应用，助力行业突破无法跨越的视觉瓶颈。