中國科學技術館之光是什么（上）

任燃

光是我們日常生活里司空見慣的物質，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》里有八條關于光學的記載；在西方，“幾何之父”歐幾里得也研究過光的反射。后來，隨著幾何光學的迅速發展，物理光學的研究也開始起步，光的本性問題逐漸成為焦點。

光的波動說

光的波動說最早的倡導者是意大利人格里馬第，他在1655年首先發現了光的衍射現象，從而認為光的不同顏色是波動頻率不同的結果。英國科學家胡克重復了格里馬第的實驗，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《關于光和色的新理論》里用微粒說闡述了光的顏色理論，他認為，光的復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理論，但波動說與微粒說的第一次爭論已經由“光的顏色”這根導火索引燃，開始了“你方唱罷我登場”的關于光的本質的大論戰。

波動還是微粒？

荷蘭科學家惠更斯繼承并完善了胡克的觀點，提出了比較完整的光的波動理論，認為光是一種靠載體傳播的縱波，并積極宣傳其波動學說。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，牛頓發表了其光學著作《光學》，以影子的形成和雙折射現象為理由反駁波動說，并且將他的物質微粒觀推廣到整個自然界，與他的質點力學體系相融合，為微粒說找到了堅強的后盾，微粒說逐漸開始占據上風。

但是這并不意味著波動說永久的沉默。1801年，英國醫生托馬斯·楊進行了著名的楊氏雙縫干涉實驗，點光源發出的光通過兩道平行狹縫后在白屏上發生干涉，出現了明暗相間的條紋，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說，提出光是一種橫波的假說，并且得到了法國科學家菲涅爾的支持。從此，新的波動學說開始建立起來，微粒說逐漸轉向劣勢。

光的波粒二象性

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

光的本性到底是什么呢？后來，科學家又經過很多研究，終于揭示了光的波粒二象性。一切這才恍然大悟！這個研究結果是如何發現的？我們下期接著講哦！

（本欄目合作單位：中國科學技術館）