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在很早很早以前，有一本名为《圣经》的书里有这样一句话：神说，要有光，就有了光。这句断言把光的全部问题一笔勾消，因为这句话的意思是：光亮不过是黑暗的反面，是让人能看见东西的环境。 光的发展史 可是古希腊人确认为光具有客观现实性，是一种象从水龙头射出的水那样从人们的眼睛射出的东西。我们之所以能看见物体就是靠从眼睛里射出的一束这样的光击中了这个物体。这个说法从而解释了为什么我们睁着眼能看见物体但闭着眼却看不见了这一事实。不过，在黑暗的地方，为什么我们的眼睛睁的再大也看不见东西呢？ 毕达哥拉斯对此提出了一种新的理论：光是由发光体向四面八方射出的一种东西，这种东西碰到障碍物上就立刻被弹开。如果它偶然进入人的眼睛，就叫人感觉到看见使它最后被弹开的那个东西。 毕达哥拉斯 这种理论虽然有点符合经验事实，但光的问题根本没有因这种理论而得到解决。科学上的每一样新发现都带来一大堆新问题。就光而言，从发光体发出的光是怎样跃过空间进入人的眼睛里？光是凉的还是热的？它动不动？它动的有多快？ 这就出现了两种理论： 光的粒子说：光是由亿万个光子或''微粒''组成的，光子由发光体向各个方向射出好象一颗不断爆炸的炸弹的碎弹片。 光粒子 光的波动说：光可以象波那样运动，把它的信息从一个地方带到另一个地方。但是，这种学说的困难在于一个波动并不仅仅是一个波动，因为波的传播需要媒质光能够在真空中传播，那么，真空中有媒质吗？如果有某种物质性的东西充满真空那它就不是真空。这就是说，由于缺少一种媒质好让我们所讲的波能在里面波动，就得残酷地抛弃这种大有前途的理论？不！哪个科学家也不会这样做。科学家惊人的想象力稍微发挥一下，就很容易地解决了这个问题：宇宙空间充满了一种无处不在、又看不见摸不着的非物质性的媒质——以太。光就是在这种媒质（以太）中传播。 光波和以太 这就有了两派彼此抗衡的光的学说：微粒说和波动说。那么，哪一派正确呢？伟大的牛顿支持微粒说。他觉得，波有衍射现象，但光是沿着直线传播的，又有谁见过光拐弯呢？所以他相信微粒说。固然，那时关于光，已知有许多奇妙事实同微粒说是不相容的，可这对于绝顶聪明的牛顿来说，攻克这样的难题还不是小菜一碟？他用粒子说对当时所知的光的一切现象都作了解释, 只是稍微牺牲了一点简单性而已。比如，为了解释某种光学现象，他把光子想象成鸟似的一起一伏的飞翔。 光粒子 虽然波动说在牛顿时代也不乏拥护者，以荷兰物理学家惠更斯为首的波动论者，把他们的主要希望寄托在一个这样的事实上：微粒相碰时，应该彼此弹开，然而实验表明，两束光相遇时，彼此交叉而过，互不影响。不过，波动说要同的微粒说抗衡仅有这一实验作基础能有多大的胜利的希望呢？因为有那么一个天才巨人牛顿站在他们的对立面！ 高山为谷，大海为陵。三十年河东，三十年河西。牛顿逝世后，关于光又有了新的实验发现，而新发明的数学方法又为波动说提供了解决困难的有力工具。 波动说的支持者认为，之所以看不到光的衍射现象，是因为光的波长太短，如果障碍物的尺寸与光的波长相差不多，就应能看到光拐弯的现象。并还推测出光不仅有衍射现象，还应有干涉现象。实际上，早在牛顿时代，人们就已经观察到了光的干涉现象。而牛顿却一直提不出真正圆满的说明。看来微粒说要倒霉了。 英国大科学家牛顿 牛顿死后大约一百年，托马斯·扬在公元１８１７年提出了光是横波的假说，法国的一位土木工程师菲涅尔以此为基础，在１８１８年提交了一篇应征巴黎科学院悬赏征求阐述光折射现象的论文。在这篇文章中，他提出了一整套高度完善的波动说理论，这个理论是那样的简洁和有力。无论当时那么多复杂漂亮的实验，以及所有已知的光学现象没有一个它解释不通的。但粒子说并不甘心就这样灰溜溜地退出历史舞台。 著名数学家泊松还要做垂死的挣扎。他根据菲涅尔的理论推算出光射到一个不透明的圆板上，在这个圆板的中心应当有一个亮斑－－泊松斑。显然谁也没有看到过这种十分荒谬的现象。所以，泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅尔的波动理论。然而他高兴的似乎早了点。波动说的支持者用实验的方法证明了圆板的阴影中心确实有这样一个亮斑，这不过是光的一种衍射现象。 泊松斑 这真是搬起石头砸自己的脚，如《红楼梦》里所说的，''机关算尽太聪明，反算了卿卿性命''。 波动说的理论基础反而由此更加牢固了。但波动说并不就此罢休。它还需要有更近一步的证据去证明微粒说是错的。这就是法国人傅科所做的一个重要实验：测量光在水中的速度。因为两派理论在这一点上有重大分歧：按牛顿的光子说，光在水中的速度应大于光在真空中的速度；而波动说则坚持认为水中的光速一定小于真空中的光速。谁是谁非？科学等待了很久，终于由傅科用实验的方法证明水中的光速恰与波动说预计值相吻和。 遭此一系列的打击，微粒说的照命星陨落了，波动说以胜利者而沾沾自喜时，还没有忘记''宜将胜勇追穷寇，不可沽名学霸王''这一古训。它还要得到更大的支持，要置微粒说于十八层地狱。这就是法拉第对电与磁的研究，使多少有点停滞不前的古老的电磁学出现了复兴。一个新的纪元开始了。 到了１８７２年麦克斯韦终于完成了他的鸿篇巨制《电磁学通论》这部电磁理论的经典著作，他把法拉第那种表面上似乎很神秘的见解化成人们所能接受的的两组微分方程－－麦克斯韦方程组，方程简洁、完美、整齐，不仅解决了当时所知的所有的电磁学问题，概括了所有的电磁现象，而且他根据这四个方程推导出应当存在电磁波这种东西，这种波应当按光速传播，而且具有光的一切物理性质。这就是说，光是电磁波的一种，波动说的所有高超的理论都毫无例外地包含在新的电磁方程中。而这个方程组的另一个丰功伟绩是把数百年来物理学家苦苦创造的数百种以太模型统一成了一种——电磁以太。 麦克斯韦尔方程组 然而，话还不能说的太绝。要想使麦克斯韦的这个看起来是那么美妙的学说被人们所接受，必须用实验的方法产生出麦克斯韦所假设的电磁波来。否则，只能看成是一种很有趣的假说，这可是一件十分难办的事情。困难主要还不在于产生电磁波，而在于怎样证明电磁波当真产生了。一年年过去了，并没有探测到这种波，物理学家们对麦克斯韦的见解是否正确开始有了疑虑。在流言诽语中，麦克斯韦死了。 在他逝世的七年后，德国人赫兹历经三年终于于１８８８年在一系列的辉煌实验中探测到了电磁波。这些实验到处受人的欢呼，被认为在磐石般的实验事实上，出色地证实了麦克斯韦理论的正确性。这可不是一个贫乏无味的理论，它不仅有不可估量的商业价值，而且还使人们不得不相信无线电波同光波是一样的，不同的只是频率。在可见光的两端还存在着大量的不可见光：比紫光频率高的有紫外线、Ｘ射线、γ射线；比红光频率低的有红外线和各种无线电波等。 光谱 到此，光是一种波，已经用数学上精美雅致永远不变的图式严格固定了。光的所有细节经过几代人的努力被揭露的详细无遗并被丝毫不差地纳入了庄严的数学定律中。 波动说胜利了。他们以雷霆万钧之力压倒了不幸的微粒说。他们确有理由自豪：宏伟的宇宙受已知方程支配，光的一切现象在理论上都可以预言，并按已知的定律由原因庄严地进行到结果。拓荒者的工作已经完成，没有丝毫基本的东西尚待发现，现在只是扩展已有的知识的细节问题。 而微粒说死了。它已丧失了一切生存的理由。 但是微粒说真的死了吗？或许它只是暂时的休眠，它只是在等待一个能唤醒它的人而已，然而这个等待没过多久，那个唤醒它的人就出现了…… 接下篇 声明：本文并非我所写，这是一篇很早的关于物理学史的优秀科普文，算算也应该有十年了吧！我第一次看到是在中学时的一本辅导书附录中，当时看了就爱不释手，后来在网络中找到后收藏至今，我试过搜寻原作者，可惜都没有确认最初的出处，当然如果原作者看到，希望及时联系我，我会在24小时内处理。另外，原文是没有配图的，文中配图都是我制作添加的，现在和大家分享这篇文章，希望读者朋友们会喜欢，喜欢的朋友记得点关注哦！ |
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