波动光学的建立

（一）光的波动说与微粒说的对立

在对光的本性的认识中，长期存在着波动说与微粒说之争。惠更斯最早比较明确地提出了光的波动说。在1690年出版的《论光》一书中，他认为光的运动不是物质微粒的运动而是媒质的运动即波动；其理由是，光线交叉穿过而没有任何相互影响，这只能解释为波动。按照惠更斯波动说，光是以球面波的形式向前传播的，光波的介质是以太粒子，它们能把振动传给邻近的粒子，而本身不发生位置移动。惠更斯很好地解释了光的反射、折射等现象。但他认为光像声音一样也是纵波，结果在解释偏振等现象时遇到困难。

牛顿倾向于微粒说，在其《光学》　（1704年）一书中，他陈述了波动说的几种不足：第一，波动说不能很好地解释光的直线传播现象，因为如果光是一种波动，它就应该有绕射现象，就像声音可以绕过障碍物而传播一样，但没有观察到光有这种现象；第二，波动说不能令人满意地解释方解石的双折射现象；第三，波动说依赖于介质的存在，可是没有什么证据表明，天空中有这样的介质，因为从天体的运行看不出受到介质阻力的迹象。基于这些理由，牛顿怀疑波动说，而提出光是一种微粒的看法。按照牛顿的微粒说，光线是由光源向各个方面族射出来的粒子流构成，它们在以太介质中激起振动，有的被加速，有的被减速，到介质界面时被分开，产生折射、反射现象。

一方面由于惠更斯波动说的不完善性，另一方面由于牛顿的崇高威望，微粒说在整个18世纪占据主导地位。但是，在折射问题的解释上，波动说和微粒说之间存在着一个判决性的实验：微粒说认为，密介质中的光速大于疏介质中的光速，波动说则认为，密介质中的光速小于疏介质中的光速。然而当时在实验室中测定光速还不可能，这个判决性实验起不了判决作用。

（二）波动说的复兴与波动光学的建立

19世纪的光学是由英国医生托马斯·杨（1775年—1829年） 以复兴波动说的论文揭开序幕的。1800年，杨发表了《关于光和声的实验和问题》一文，对延续了一个世纪的微粒说提出异议。他说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是万无一失的，我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”在文章的光学部分，杨提出否定微粒说的几个理由：第一，强光和弱光源所发出的光线有同样的速度，这用微粒说不好解释；第二，光线由一种介质进入另一种介质时，一部分被反射，而另一部分被折射，用微粒说解释也很牵强。在文章的声学部分，杨依据水波的迭加现象，提出了声波的迭加理论。他把由迭加造成的声音的加强和减弱称为“干涉”。在声波干涉中，“拍”现象即迭加造成的声音时断时强的效果引起了杨的特别注意，这使他想到，如果光是一种波动，也应该有干涉和拍现象，即两种光波迭加，应该出现明暗相间的条纹。

1801年，杨向皇家学会宣读了关于薄片颜色的论文，文中正式将干涉原理引入到光学之中，并且用这一原理解释薄片上的色彩和条纹面的“衍射”。在这篇论文中，杨还系统提出了波动光学的基本原理，提出了光波长的概念，并给出了测定结果。明确了正是由于光波长太短，以致遇障碍物拐弯能力不大，这也是人们很难观察到这类现象的原因。

1817年，杨发现光不是纵波而是横波，解释了偏振现象。

1814年—1819年，法国科学家菲涅尔（1788年—1827年）在毫不了解杨的工作基础上独立地提出了光的波动理论。但他与杨之间并未发生优先权之争。当菲涅尔的论文经他人介绍给杨时，杨进行了高度的评价。由于他们的齐心协力，微粒说的一统局面被打破，在波动学说基础上的光学实验大量涌现，使19世纪在物理光学方面取得了重大的进展。

对光的波动说战胜微粒说具有决定意义的实验是光速的测定。19世纪科学和技术的进步已有足够精确的手段测定光速，并且能够比较光在不同介质中的速度。1849年，法国人菲索（1819年—1896年）用高速旋转的齿轮测得空气中的光速为315000千米/秒。1862年，傅科（1819年—1868年）用旋转多面镜测得真空中的光速为298000千米/秒。博科在测定光在真空中的传播速度的同时，还测定了光在空气中和水中的传播速度，结果证明光在水中的速度小于它在空气中和真空中的速度。这个结果符合波动说的见解，反驳了微粒说在解释折射现象时的预设，它决定性地判决了微粒说与波动说的争论。

19世纪60年代麦克斯韦电磁场理论的建立，进一步揭示了光的波动本质。1888年赫兹证实了电磁波具有光的一切性质。从此，光是一种波动便成为基本的科学事实。