在人们对光的本性的认识过程中,异常明显地体现出了对立的、相互矛盾的学说的斗争。从而推动了光的学说的发展,并使之日趋完善。关于光的本性问题,很早就引起了人们的注意。到了17世纪,形成了相互对立的两种学说:一种是牛顿主张的微粒说,另一种是惠更斯提出的波动说,都企图用一种观点去说明光的本性。波动性和粒子性在宏观现象中是互相对立的、矛盾的,没有任何宏观物体既有波动性又有粒子性。光的微粒说和波动说都各从一个侧面来说明光的本性,在这基本论点上,它们是对立的,存在尖锐的矛盾。它们都各有成功的方面,但都不能完满地解释当时知道的各种光现象。两种学说争论了一百多年,只是由于牛顿在学术界有很高的声望,致使光的微粒说在一百多年里一直占着主导地位,而波动说发展得很慢。
物理学发展史生动地表明矛盾推动着事物的发展。到了19世纪杨氏和菲涅耳等科学家成功地在实验中观察到了光的干涉现象和衍射现象,这些都是波的特征,无法用微粒说来解释。因而证明了波动说是正确的,于是波动说得到了人们的公认。从那以后,微粒说就不大有人提起了,可以说是一次否定。后来麦克斯韦揭示了光的电磁本性,光的电磁说使光的波动说发展到相当完善的地步,取得了巨大成就。但在1905年,爱因斯坦基于光电效应提出光的量子理论——光子说。于是波动说又遇到了困难,微粒说(光的粒子性)又复活了,这可以说是一种“否定之否定”的过程。
从本质上来说,人们对光的本性的认识是经过两个飞跃的过程。这次飞跃并不是回到第一次否定前的出发点,不是又完全回到牛顿的微粒说,而是经过两次否定后,达到新的高度,是在本质上深刻得多的一次重新认识。这里的光子已经完全不是牛顿概念的中的经典粒子,而是全新的带有波性的粒子。
关于光的本质的认识经历了“微粒说”到“波动说”再发展到“光子说”的发展过程,就是“否定之否定”的过程。后来的研究又在这一基础上发展成为“光的波粒二象性”学说。对于光子这样的微观粒子,只有从波粒二象征性出发,才能说明他的各种行为。这样才使人们把光的本性统一到波粒二象性上。实际上,光子说并没有否定光的电磁说,光子的能量E=hv,其中频率v表示的仍是波的特征。可见,对于宏观物体来说不可想象的波粒二象性,在微观世界中都是不可避免的。不过,承认光的波粒二象性,要求我们既不可以把光当成宏观的观念中的波,也不可以把光当成宏观观念中的粒子。那么,在微观世界中,波和粒子是怎样统一起来呢?一般来说,大量光子产生的效果往往显示出波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性。这种认识比单纯的微粒说和单纯的波动说都更接近客观真理。近代实验还证明,不仅光具有波粒二象性,一切微观粒子,包括电子和质子、中子都具有波粒二象性。德布罗意将波粒二象性理论扩展到实物粒子,建立“物质波”的理论,揭示了微观粒子波粒二象性的本质。这个过程生动地说明了人类认识自然的过程充满着辩证法。
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