中國科學(xué)技術(shù)館之光是什么（上）

任燃

光是我們?nèi)粘Ｉ罾锼究找姂T的物質(zhì)，我們無法想象沒有光的世界會是什么模樣。人類早在兩千多年前就開始了對光的研究，中國的《墨經(jīng)》里有八條關(guān)于光學(xué)的記載；在西方，“幾何之父”歐幾里得也研究過光的反射。后來，隨著幾何光學(xué)的迅速發(fā)展，物理光學(xué)的研究也開始起步，光的本性問題逐漸成為焦點(diǎn)。

光的波動說

光的波動說最早的倡導(dǎo)者是意大利人格里馬第，他在1655年首先發(fā)現(xiàn)了光的衍射現(xiàn)象，從而認(rèn)為光的不同顏色是波動頻率不同的結(jié)果。英國科學(xué)家胡克重復(fù)了格里馬第的實驗，并通過對肥皂泡顏色的觀察，提出光是一種縱向波的假說，而且他也認(rèn)為光的顏色由其頻率決定。

光的微粒說

1672年，牛頓在其論文《關(guān)于光和色的新理論》里用微粒說闡述了光的顏色理論，他認(rèn)為，光的復(fù)合和分解就像不同顏色的微粒混合在一起又被分開一樣。至此，雖然胡克和牛頓都沒有形成完整的光學(xué)理論，但波動說與微粒說的第一次爭論已經(jīng)由“光的顏色”這根導(dǎo)火索引燃，開始了“你方唱罷我登場”的關(guān)于光的本質(zhì)的大論戰(zhàn)。

波動還是微粒？

荷蘭科學(xué)家惠更斯繼承并完善了胡克的觀點(diǎn)，提出了比較完整的光的波動理論，認(rèn)為光是一種靠載體傳播的縱波，并積極宣傳其波動學(xué)說。與此同時，牛頓的微粒說也逐步建立起來。胡克去世后第二年，牛頓發(fā)表了其光學(xué)著作《光學(xué)》，以影子的形成和雙折射現(xiàn)象為理由反駁波動說，并且將他的物質(zhì)微粒觀推廣到整個自然界，與他的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)體系相融合，為微粒說找到了堅強(qiáng)的后盾，微粒說逐漸開始占據(jù)上風(fēng)。

但是這并不意味著波動說永久的沉默。1801年，英國醫(yī)生托馬斯·楊進(jìn)行了著名的楊氏雙縫干涉實驗，點(diǎn)光源發(fā)出的光通過兩道平行狹縫后在白屏上發(fā)生干涉，出現(xiàn)了明暗相間的條紋，從而證明了光是一種波。1817年，托馬斯·楊又修正了他的波動學(xué)說，提出光是一種橫波的假說，并且得到了法國科學(xué)家菲涅爾的支持。從此，新的波動學(xué)說開始建立起來，微粒說逐漸轉(zhuǎn)向劣勢。

光的波粒二象性

約半個世紀(jì)后，英國物理學(xué)家麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，同時得出結(jié)論：光是電磁波的一種形式。1888年，年僅31歲的德國物理學(xué)家赫茲在實驗中驗證了麥克斯韋的結(jié)論—光是一種電磁波。至此，在光的波動說與微粒說的論戰(zhàn)中，波動說已經(jīng)取得了決定性的勝利。

光的本性到底是什么呢？后來，科學(xué)家又經(jīng)過很多研究，終于揭示了光的波粒二象性。一切這才恍然大悟！這個研究結(jié)果是如何發(fā)現(xiàn)的？我們下期接著講哦！

（本欄目合作單位：中國科學(xué)技術(shù)館）