中国科学技术馆之光是什么（上）

任燃

光是我们日常生活里司空见惯的物质，我们无法想象没有光的世界会是什么模样。人类早在两千多年前就开始了对光的研究，中国的《墨经》里有八条关于光学的记载；在西方，“几何之父”欧几里得也研究过光的反射。后来，随着几何光学的迅速发展，物理光学的研究也开始起步，光的本性问题逐渐成为焦点。

光的波动说

光的波动说最早的倡导者是意大利人格里马第，他在1655年首先发现了光的衍射现象，从而认为光的不同颜色是波动频率不同的结果。英国科学家胡克重复了格里马第的实验，并通过对肥皂泡颜色的观察，提出光是一种纵向波的假说，而且他也认为光的颜色由其频率决定。

光的微粒说

1672年，牛顿在其论文《关于光和色的新理论》里用微粒说阐述了光的颜色理论，他认为，光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。至此，虽然胡克和牛顿都没有形成完整的光学理论，但波动说与微粒说的第一次争论已经由“光的颜色”这根导火索引燃，开始了“你方唱罢我登场”的关于光的本质的大论战。

波动还是微粒？

荷兰科学家惠更斯继承并完善了胡克的观点，提出了比较完整的光的波动理论，认为光是一种靠载体传播的纵波，并积极宣传其波动学说。与此同时，牛顿的微粒说也逐步建立起来。胡克去世后第二年，牛顿发表了其光学著作《光学》，以影子的形成和双折射现象为理由反驳波动说，并且将他的物质微粒观推广到整个自然界，与他的质点力学体系相融合，为微粒说找到了坚强的后盾，微粒说逐渐开始占据上风。

但是这并不意味着波动说永久的沉默。1801年，英国医生托马斯·杨进行了著名的杨氏双缝干涉实验，点光源发出的光通过两道平行狭缝后在白屏上发生干涉，出现了明暗相间的条纹，从而证明了光是一种波。1817年，托马斯·杨又修正了他的波动学说，提出光是一种横波的假说，并且得到了法国科学家菲涅尔的支持。从此，新的波动学说开始建立起来，微粒说逐渐转向劣势。

光的波粒二象性

约半个世纪后，英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，同时得出结论：光是电磁波的一种形式。1888年，年仅31岁的德国物理学家赫兹在实验中验证了麦克斯韦的结论—光是一种电磁波。至此，在光的波动说与微粒说的论战中，波动说已经取得了决定性的胜利。

光的本性到底是什么呢？后来，科学家又经过很多研究，终于揭示了光的波粒二象性。一切这才恍然大悟！这个研究结果是如何发现的？我们下期接着讲哦！

（本栏目合作单位：中国科学技术馆）