争夺光学王冠之战

第十二节　争夺光学王冠之战

光究竟是什么，它有什么性质，它又是怎样传播的呢，几千年来人们一直不断地探讨它的奥妙。

早在17世纪末叶，世界上几乎同时产生了两种关于光的本性的学说：一种叫光的微粒说，提出这种学说的是经典物理的创始人——英国人牛顿；另一种学说叫光的波动说，它是由荷兰的物理学家惠更斯提出来的。这两种学说在当时势均力敌，它们争夺光学的王冠，形成光学史上长期的两军对垒。

光的微粒说认为：光是由发光体上发射出来的一种很小的弹性粒子流，这些组成光的弹性微粒，在均匀的媒质中以一定的速度沿直线传播。微粒说对于当日口那个时代所能够认识到的许多光现象，比如光的反射、折射现象，都做出了解释。光的波动说认为：发光体在它周围的空间里会引起弹性振动，光就是这种振动在空间的传播所形成的波——光波。光的波动说，同样能够解释当时所发现的一些光现象。

光的微粒说和光的波动说尽管各抒己见，却都可以解释一些相同的光现象，人们一时无法判断他们谁是谁非。可是因为微粒说简单、直观，能够自然地说明光的直进现象，容易被人们接受，再加上牛顿素孚众望，所以，微粒说一度夺取了王冠，从而统治了光学100多年。100多年过去了，科学技术的发展使人们有可能发现更多的一些光现象。

1802年，托玛斯·杨在双缝实验中发现了光的干涉现象。对于光的干涉现象，微粒说根本无法解释，而波动说却可以圆满地解释。因此19世纪，在光学的宝坛上，微粒说不得不摘下王冠而让位给波动说了。

谁知好景不长，波动说自己给自己设下了无法前进的障碍。大家知道，一切由机械波所产生的弹性波，都必须凭借某种介质去传播。光的波动说既然明确地说出：光波是由弹性振动引起的，那么光波究竟凭借一种什么样的介质传播的呢？波动说的论者们想像出一种叫做“以太”的弹性介质，只要“以太”存在，波动说就可以保住王位，于是许多人在为发现和寻找“以太”上做了大量的工作，但无不以失败而告终。后来，人们终于认识到，这种神秘的“以太”的虚无性，使波动说站不住脚了。

19世纪70年代，英国物理学家麦克斯韦提出了光的电磁学说。光的电磁说指出，光现象实质上是一种电磁现象，光波本身就是一种频率很大的电磁波。因为电磁波的传播根本无须凭借什么弹性介质，当然“以太”的假设就可以抛弃了。

1887年，光电效应的发现使波动说再次遇到重挫，波动说解释不了光电效廊。

还是爱因斯坦的思维胜人一筹，他没有继续评价谁是谁非。爱因斯坦认为，光的波动性与光的粒子性都有一定的合理性，双方论点的持有者各执一词，但都只反映了光的性质的一个方面，而忽略了另一个方面，为什么不能把它们的论点“合二而一”呢？爱因斯坦提出了关于光本性的一个新理论——光子说。光子说告诉我们：光是由光子组成的，光子也是一种基本粒子，它具有一定的能量和动量，具有波粒二重性，是微粒性与波动性的矛盾统一体。不同的实验装置造成了不同的条件，在某些条件h，重性的某一方面比另一个方面表现得要突出些。

你还记得盲人摸象的故事吗？几个盲人不知道大象是什么样子，他们一同去摸象。第一位摸到了象的身子，他说象似一堵墙；第二位摸到了象腿，他说象似一根柱子；第三位摸到了象牙，他说象的样子像把尖刀；第四个盲人说：“你们说的都不对，象明明和一根绳子一样嘛！“原来他摸到了象的尾巴。这个故事意味深长。如果我们茧草通过光电效应的实验，就以为光仅仅具有粒子性，而通过干涉实验又断言光仅仅具有波动性，必然会歪曲了光的本来面目。

认识某个事物，应该从不同角度、不同方面去深入研究。有时在不同区域、不同条件、不同观察角度下，得出来的结论很可能会差异很大，甚至完全相反。因此，认识必须全面。在科学史上由于认识的片面性而导致不同假说的例子很多。生活在地中海沿岸的古学者，由于经常看到火山喷发，岩浆横流，因而认为岩石是由火而成——“火成说”；生活在尼罗河畔和幼发拉底河畔的埃及、巴比伦的学者，由于经常看到洪水泛滥之威，则认为岩石由水而成——“水成说”。他们都只观察到了局部现象，所以是不完全的认识。