对于光本质的认识的争论
“光的本质”之争

“光的本质”之争“光的本质”问题是一个古老而又深奥的物理问题,自古以来就困扰着众多科学家和哲学家。
这个问题涉及到光到底是一种粒子还是一种波动,这个争论一直延续到了现代物理学的领域。
在科学的发展过程中,曾经有许多科学家提出了各种不同的观点,而这些观点中的一些观点在不同时期内还是得到了相应的实验证据支持。
本文将从历史、实验和理论三个方面来阐述这一复杂的问题。
我们来看一下光的本质之争的历史。
在古代,人们对光的本质和性质一直存在着各种不同的看法。
在古希腊,毕达哥拉斯和柏拉图等人认为光是一种由无数微小的粒子组成的物质,而亚里士多德则认为光是一种具有波动性质的物质。
这两种理论在古代的哲学界引起了相当大的争论,但是最终波动理论占据了上风,成为了当时的主流观点。
但是随后在17世纪,光的本质之争又重新进入了人们的视野。
当时,荷兰科学家惠更斯对光的传播和折射进行了深入的研究,他提出了一种以波动理论为基础的光传播的数学模型,这一模型被广泛认可,并成为了当时的主流理论。
但是在19世纪,关于光的本质之争再次恢复活跃。
科学家们进行了一系列的实验,发现了一些似乎无法用波动理论来解释的光的性质,这些性质包括光的散射、光电效应以及光的干涉等现象。
这些现象的出现打破了当时的波动理论,推动了新的理论的产生。
而在20世纪,爱因斯坦提出了光是由一种离散的粒子组成的观点,并通过光电效应实验证实了这个假设。
这个假设被后来的量子力学理论所证实,并成为了新的物理学的主流理论。
在实验方面,光的波动性和粒子性都得到了验证。
例如双缝实验是用来验证光的波动性的重要实验,通过这个实验可以观察到光在通过两个狭缝后的干涉和衍射现象;而通过光电效应实验可以验证光的粒子性质,这个实验也成为了光的粒子性的重要证据。
在理论方面,量子力学理论为我们提供了一个统一的描述光的物理本质的框架。
量子力学认为光既是一种波动,又是一种粒子,把光的波动性和粒子性都统一到了一个理论框架中。
“光的本质”之争

“光的本质”之争光的本质之争是一个长期以来引发了众多科学家的争论的问题。
一方认为光是一种粒子,另一方则认为光是一种波动。
这个争论的核心是光的性质到底更接近于粒子还是波动。
下面我将从历史、实验和理论三个方面来介绍这个争论。
我们来看历史。
在17世纪,牛顿提出了光的粒子说,他认为光是由小颗粒组成的。
在19世纪末叶,麦克斯韦的电磁理论和荷兰物理学家惠更斯的干涉实验却支持了光的波动说。
这使得波动说在当时成为了主流观点。
20世纪初爱因斯坦的光电效应实验和康普顿散射实验却再次让光的粒子说占据了上风。
这种情况下,科学界在波粒二象性的理论框架下开始重新审视光的本质。
我们来看实验。
实验是验证理论的重要手段。
实验中,科学家们使用了各种仪器和技术来研究光的性质。
双缝干涉实验和单缝衍射实验都显示出光的波动性,因为在这些实验中,光会表现出干涉和衍射的现象。
同样的实验中也发现光的粒子性,比如在光电效应实验中,光将会被物质吸收,而某些频率的光可以将电子从金属中释放出来。
这些实验结果表明光既具有波动性,又具有粒子性,这再次加深了光的本质之争。
我们来看理论。
理论是解释实验结果的基础。
根据经典的物理学理论,光可以被看作是一种经典的电磁波。
这种解释无法解释光的一些实验现象,比如光电效应。
为了解释这些现象,爱因斯坦提出了光的微粒说,也被称为光子说。
他认为光是由光子组成的粒子流,每个光子具有能量和动量。
而爱因斯坦的理论也得到了后来实验证实。
量子力学理论也提供了光既是波动又是粒子的解释,即波粒二象性。
光的本质之争是一个长期以来存在的问题。
历史、实验和理论都为这个问题提供了一些线索,但是迄今为止,科学界还没有对光的本质达成一致的解释。
无论是粒子说还是波动说,它们都能解释一些实验结果,但同时也存在无法解释的现象。
光的本质之争仍然是一个悬而未决的问题,需要更深入的研究和探索。
“光的本质”之争

“光的本质”之争光的本质之争是一个源远流长的科学问题,涉及到对光的本质和性质的探讨和理解。
在历史上,关于光的本质的争论一直存在,不同的学派提出了不同的观点,并进行了实验证明其观点的正确性。
在17世纪,笛卡尔和伽利略等科学家主张光是一种有质量的粒子,即粒子说。
笛卡尔提出了“光的最小作用时间原理”,认为光以直线传播,并在短时间内通过最短路径传播。
伽利略进行了实验证明了光传播的直线性。
这种观点在当时得到了广泛的认可和接受。
在19世纪初期,干涉和衍射等实验结果的出现,对粒子说提出了严重的挑战。
托马斯·杨和奥古斯特·菲涅耳等科学家提出了波动说,认为光是一种波动现象。
杨进行了双缝干涉实验,观察到干涉条纹的出现,这表明光具有波动性。
菲涅耳进一步研究了衍射现象,并解释了光通过小孔传播的原理。
这些实验证明了光的波动性,并引发了对光本质的新的争论。
随着实验和理论的不断发展,科学家们开始深入研究光的本质并尝试解释光的性质。
20世纪初,阿尔伯特·爱因斯坦提出了光量子说,即光既有粒子性,又有波动性。
他的研究表明光在与物质相互作用时具有粒子性,但在传播过程中表现出波动性。
这一理论为之前的争论提供了一个妥协,被广泛接受,并对后来的量子力学发展产生了重要影响。
除了粒子说、波动说和光量子说,还有其他一些学派提出了不同的观点。
爱德华·伍尔斯顿和亨利·穆列尔等科学家主张“光子波动说”,认为光本质上是一种电磁波,但具有粒子特性。
尽管这一观点在电磁理论框架下解释了光的行为,但仍然存在一些问题待解决。
光的本质之争是一个复杂而多样的问题,在科学领域引发了激烈的争论和研究。
虽然目前对光的本质问题还没有一个明确的结论,但科学家们通过实验和理论的不断发展,为我们深入了解光的本质提供了更多的线索和解释。
“光的本质”之争

“光的本质”之争
光的本质是一个长期以来引发哲学和物理学争论的问题。
在物理领域,一直有两种不同的观点。
一种观点认为光是粒子,另一种观点认为光是波动。
这两种观点之间的争论已经存在了几个世纪,但是到目前为止,还没有统一的结论。
在古代,人们普遍认为光是物体释放出的一种东西,相信光是由眼睛接收到的。
而在14世纪,伽利略·伽利莱首次尝试用科学方法解释光的运动。
他发现光速在空气和水中的传递速度不同,这个发现成为后来关于光速的研究的基础。
这也启发了光是波动的想法。
然而,特别相对论以后,爱因斯坦等人认为光应该由粒子组成。
他们认为光是由离散的能量微粒(即光子)组成的,而这些光子的行为和物质粒子非常相似。
爱因斯坦的理论广泛接受,但是许多物理学家并不同意光是粒子的观点。
在现代量子物理学中,人们更倾向于将光作为波动和粒子相结合的现象来解释。
这种解释方法被称为波粒二象性。
据此理论,光既可以看作是一种能够分散的波动,也可以看作是由多个离散的光子粒子组成的。
总之,关于光的本质的争论不断发展,但到目前为止,似乎没有一种观点能够完全解释光的本质。
然而,尽管我们对光的本质还有许多疑问和不解,我们已经成功地掌握了光的许多特性和用途,并且这些发现还帮助我们更好地了解和掌握自然界中的其他事物。
论牛顿与惠更斯对光的本质看法与为什么各认识一部分

论牛顿与惠更斯对光的本质各执一端摘要:光的本质是什么?多年来人们先后提出一些不同的模型, 试图从理论上加以解释。
17世纪人们对光的本质认识的两大流派:微粒学说和波动学说,两位主要代表人物牛顿和惠更斯对光的本质有不同的认识。
本文运用自然辨证法分析了两位伟大的科学家对光的认识各执一端的原因。
首先分析了两大流派的产生,其次分析了代表人物牛顿与惠更斯对光的本质的认识与争论,然后运用自然辩证法分析其原因,最后对运用自然辨证法指导我们的科研进行了总结。
关键字:牛顿,惠更斯,光的本质,辩证法一、微粒说和波动说的提出光是一种微粒流的观点起源于古希腊公元前6世纪至公元前4世纪的毕达哥拉斯(Pythagoras)、德漠克利特((Dermocritus)等人提出物体发射微小粒子进入人眼引起视觉,这是粒子说的萌芽。
1637年笛卡儿(Descartes)在《屈光学》一书中首先明确提出光是机械微粒的观点, 他认为光是由大量而细小的弹性粒子所组成的。
牛顿(I.newton)是主张微粒说的主要代表。
1740年他在《光学》一书中指出“光是发光物体所传播出来的某种与以太振动不同的东西,......可以想象光是一种细微的大小不同的而又迅速运动的粒子.这些粒子从远处发光体那里一个个地发射出来‘”他还认为光粒子遵守力学定律, 它们在真空或均匀介质中由于惯性而作匀速直线运动.光的微粒说较好地解释了光的直线传播定律, 影的生成及光的反射定律也可以解释光的折射和双折射现象, 这在当时的历史条件下取得了成功。
光的波动产与微粒说相伴而生。
1660年意大利物理学家格里马耳迪(F.M.Grimaldi)首先提出了光的披动观点, 胡克(R.HOOke)在《显微术》一书中也明确提出光是一种振动”在均匀介质中这一运动向各个方向都以相等的速度传播着,"他受石子投入水中所形成水波的启发, 认识到发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展, 而且射线和波面交成直角.他还把波面的思想用于对光的折射现象中, 提出了薄膜颜色的成因是由于光在两个界面反射、折射后, 超前落后的两束光所形成的强弱不同的叠合。
“光的本质”之争

“光的本质”之争光的本质一直是物理学界争论的焦点之一,自古至今,人们对光究竟是一种粒子还是波动存在着不同的看法。
这场争论始于17世纪,一直延续至今,深深地影响了人们对于光的认识和理解。
这里要探索的并不仅仅是光的性质,更是物理学的发展和认识方式的变化。
本文将从历史、实验和理论三个角度来探讨“光的本质”之争。
我们来看看光的本质之争的历史。
17世纪,英国科学家牛顿提出了光的粒子说,即认为光是由一种微粒组成,这种微粒被称为光子。
这一理论得到了一定的证实,但同时也引发了法国科学家惠更斯的反对。
惠更斯提出光是一种波动,这一理论得到了很多科学家的支持。
在当时的条件下,这两种理论都得到了一定的支持和证实,但是没有一个可以彻底解释光的本质。
这种争论一直持续到19世纪,直到光的波动理论遇到了无法解释的问题,光的粒子说也遇到了一些疑难,这使得人们对光的本质产生了更多的疑虑。
直到20世纪初,爱因斯坦提出了光子说的量子论,将光的本质问题引入了一个新的阶段。
从此,光的本质问题也变成了一个更加复杂的问题。
我们来看看光的本质之争的实验。
光的本质之争并不是一场纯粹的理论斗争,而是经过了多次实验的验证和反复。
光的干涉实验是最具有代表性的实验之一。
干涉实验通过光的波动特性进一步证实了光是一种波动。
当科学家将光照到金属表面上时,发现了光电效应,这一现象无法用波动理论来解释。
而在量子理论中,光子说可以很好地解释光电效应,这使得光的本质之争更加复杂,也更加深入。
除了光的干涉实验和光电效应实验,还有很多实验证据支持了光的波动说和光子说。
这些实验都给光的本质之争带来了更多的思考和挑战。
我们来看看光的本质之争的理论。
随着物理学的进步,人们对于光的理论认识也在不断地发展和变化。
随着爱因斯坦提出光子说,量子理论成为物理学的一个重要分支,为人们解释了很多光的现象。
光的波动说依然有很多现象无法解释,比如光的干涉和衍射等现象。
在一定条件下,光既表现出粒子性,又表现出波动性。
“光的本质”之争

“光的本质”之争光的本质一直是一个备受争议的话题,关于光的本质到底是粒子还是波动,曾经引发了科学界的一场激烈争论。
在这场争论中,两种学说各执一词,存在着巨大的分歧和争议。
19世纪末和20世纪初,欧洲和美国的物理学家利用赫兹和麦克斯韦的电磁场理论,逐渐发展出了光的波动理论。
根据这种理论,光可以看做是一种波动形式,可以传递能量,而且光线的速度是一个恒定值。
然而,在1900年左右,德国物理学家普朗克提出了一个新的概念,即“能量量子化”。
根据这个理论,能量是由一小团一小团地传递的,光也不例外。
他认为光是由一系列能量凝聚在一个点上形成的光子,而不是一种波动形式。
这个理论被称为量子理论。
随着时间的推移,越来越多的实验证实了光是由光子组成的,“光的本质”争议逐渐向光的粒子说法倾斜。
然而,光的波动理论仍然能够很好地解释一些光学现象,比如光的干涉、衍射和偏振等。
这就导致了一个新的问题,光到底是粒子还是波动?20世纪初,著名的美国物理学家德布罗意开创了量子力学领域。
他提出了一种重要的思想:物质也具有波动性。
德布罗意认为,如果光可以存在粒子和波动两种形式,那么物质也应该可以存在粒子和波动两种形式。
这种物质的波动性被称为德布罗意波。
我们知道,当一束光通过双缝时,会出现衍射和干涉现象。
同样,当一束电子束通过双缝时,也会出现衍射和干涉现象。
这个现象就被称为电子的波动性,与光的波动性原理相同。
总之,光的本质之争始终是物理领域的热门话题。
尽管存在巨大分歧和争议,但是物理学家们要做的就是试图去理解这个世界,并提出新的理论来解释未知的现象。
我们有理由相信,在未来,光的本质之争的答案会越来越清晰。
“光的本质”之争

“光的本质”之争光的本质一直是物理学家和哲学家们争论不休的话题。
在过去,人们认为光是一种粒子,而直到牛顿提出的光的粒子假说才将这一理论推向高潮。
随着时间的推移,波动理论逐渐发展起来,人们开始认识到光是一种波动。
而到了19世纪,爱因斯坦提出的光量子假说又将光的性质推向了一个新的高度。
这些理论的出现使得光的本质争论变得更加激烈,直到今天依然是一个备受争议的话题。
光的粒子理论最早可以追溯到伽利略的研究。
伽利略在太阳系行星的运动规律上的研究中发现,光沿着直线传播,这一发现使得人们开始思考光的性质。
接着,牛顿通过对光的分光实验得出了光是由一种微粒组成的结论。
牛顿认为光是由微小的粒子组成,这一理论一度被广泛接受并得到了很好的支持。
这一时期的物理学家们并没有能够给出很好的解释,解释光是如何在空气和真空中传播的。
在日后,波动理论开始逐渐取代了光的粒子理论。
亚里士多德提出了光是一种波动的观点,直到十七世纪,惠更斯通过对光的双缝干涉实验发现了光的波动性。
他通过这一实验证明了光是一种波动,并提出了频率和波长的概念。
而光的波动理论在日后得到了充分的发展,人们开始用波动理论来解释光的传播和干涉现象。
波动理论也面临着一些问题,比如黑体辐射实验不能很好地解释。
到了19世纪末,爱因斯坦提出了光量子理论。
爱因斯坦提出了光是由一种微粒组成,并且这种微粒的能量与频率成正比,这一理论得到了实验证据的支持,也使得光的本质争论愈发激烈。
爱因斯坦的光量子理论为光的粒子性质提供了一个全新的视角。
在实验结果的支持下,这一理论逐渐得到了广泛的认可。
光的本质争论至今仍然没有得到一个圆满的答案。
一方面,有一些实验结果支持了光的粒子性质,比如光电效应和康普顿散射实验。
这些实验结果证明了光是由一种微粒组成,并且能够在特定条件下表现出粒子的性质。
一些实验结果也支持了光的波动性质,比如双缝干涉实验和多普勒效应。
这些实验结果表明光是一种波动,并且能够在特定条件下表现出波动的性质。
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对于光本质的认识的争论人们对于光本质的认识,源于一个古老的问题“光究竟是什么?”。
历史上很多学者对这一问题进行过探索,十七世纪以来,随着伽利略近代物理学研究方法的确立,有关光学研究的各种实验开始涌现,过去零零散散的光学理论得以相互整合,于是对于光本质的认识成为光学理论发展过程中需要首先解决的问题。
17世纪以来关于光的本质的认识的大争论,总共包括了四次波动学说与微粒学说的交锋,其中包括以牛顿为代表的微粒说与以惠更斯为代表的波动说的交锋。
牛顿不仅擅长数学计算,而且能够动手制造各种设备和从事精细实验-色散实验,1672年,牛顿发表了《关于光和颜色的理论》提出了光的微粒说,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径,认为光的复合和分解是不同颜色微粒混合在一起有被分开一样。
而惠更斯是著名的天文学家,物理学家和数学家,继承并完善了胡克的观点,对光的本性问题与牛顿的分歧激发了他对物理光学的热情,重复牛顿的光学实验,仔细研究了牛顿的实验和格里马第的实验,认为其中有很多现象都是微粒说所无法解释的,并认为:光是一种机械波;光是靠一种物质载体来传播的纵波,传播它的物质的载体是“以太”;波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源。
1678年,惠更斯在法国科学院的一次演讲中,公开反对了牛顿的光的微粒说,他指出,如果光是微粒性的,那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向,但当时并没有发生这种现象;而且用微粒说解释折射现象,得到的结果与实验相矛盾。
此后于1690年出版《光论》,正式提出了波动说,建立了惠更斯原理。
而牛顿反对惠更斯的理由是:如果光是一种波,它应该同声波一样可以绕过障碍物,不会产生影子;冰洲石的双折射现象说明光在不同的边上有不同的性质,而波动说无法解释其原因。
牛顿和惠更斯关于光的本质的认识之所以会各持己见,从自然辩证法的角度出发,主要表现在以下几个方面:首先,科学知识的构成不同。
科学认识过程的成果是科学事实,科学定律,科学假说以及由逻辑推理和实验检验而建立起来的科学理论。
科学事实是科学认识的主体关于客观存在的,个别的事物(事件、现象、过程、关系等)的真实描述或判断,科学事实是科学认识的最初成果,属于认识论的范畴,其内容是客观的,形式是主观的,是主观和客观的统一。
科学定律是反映自然界事物,现象之间的必然关系的科学命题。
科学假说是根据已有的科学知识和新的科学事实,对所研究的问题作出的猜测性说明和尝试性的解答,科学假说是科学思维走到一定程度的一种形式,基本要素包括:事实基础,背景理论,对现象规律的猜测,推导出的预言和预见。
牛顿从光的色散实验出发,认为光是不同颜色微粒的混合与分开,而惠更斯从光的折射现象出发,认为光具有波动性,二人看待问题的角度不同,分析问题的起点也不同,牛顿和惠更斯提出的科学事实具有客观性,是无法否认的,根据科学事实提出的科学假说经受了许多实验的检验,二者各有其理论成立的缘由,因此在一定程度,在不同时期内均可以得到同行不同程度的认可,于是导致牛顿和惠更斯对各自的理论各持一端。
其次,从辩证法的对立统一观点来看,牛顿和惠更斯都没有看到微粒说与波动说的统一性,没有利用辩证法的方法论研究光的本质问题。
任何事物都是对立和统一的结合体,对立和统一是矛盾双方所固有的两种属性,对立性表现为对立面之间具有相互排斥,相互否定的性质,统一性表现为对立面之间具有相互依存、相互渗透、相互贯通的性质。
矛盾的统一性和对立性是相互联结的。
统一是对立面双方的统一,它是以对立面之间的差别和对立为前提的。
矛盾的对立性寓于矛盾的统一性之中。
对立是统一体内部的对立,在对立面的相互斗争中存在着双方的相互依存,相互渗透。
斗争的结果导致双方的相互转化,相互过渡。
矛盾的统一性是相对的,矛盾的对立性是绝对的。
矛盾的统一性是指它的条件性,任何矛盾统一体的存在都是有条件的;矛盾的对立性的绝对性是指它的普遍性,无条件性。
矛盾的对立性不仅存在于每个具体矛盾运动的始终,而且也存在于新旧矛盾交替的过程中。
矛盾双方既统一又对立推动事物发展,矛盾的统一性是矛盾存在和发展的前提,矛盾双方互相渗透,贯通为矛盾的解决准备了条件;矛盾的对立性导致矛盾双方力量对比和相互关系不断变化,以致最终造成矛盾统一体的破裂,致使旧事物被新事物所取代。
在光的微粒说与波动说发生交锋时,牛顿和惠更斯并没有换个角度来分析问题,只看到了两者的对立一面,儿没有看到它们的统一性,假想倘若将两者统一起来看将是对光的本质研究的另一种升华,或许正确的理论会迅速呈现在人们的面前。
再次,从辩证法的联系观点来看,牛顿和惠更斯均未看到微粒说和波动说的内在的联系—微粒说和波动说统一于光的本质。
联系具说和波动说的内在的联系—微粒说和波动说统一于光的本质。
联系具有客观性,联系是客观存在的。
如果牛顿和惠更斯可以微粒说和波动说这两种观点联系,统一起来,所有的问题都迎刃而解。
当然牛顿和惠更斯之所以会对光的本质各持一端,与他们当时的社会地位也有一定的关系。
牛顿把他的物质微粒观推广到了整个自然界,并与他的质点力学体系融为一体,为微粒说找到了坚强的后盾,牛顿的《光学》正式发表时,胡克与惠更斯已相继去世,波动学说一方无人应战,而牛顿由于其对科学界所作出的巨大贡献,成为当时无人能及的一代科学巨匠,人们对他的理论顶礼膜拜,重复他的实验,并坚信他的结论,整个18世纪,几乎无人向微粒说挑战,也很少有人对光的本性作进一步的研究。
在某种程度上这是对牛顿微粒说的一种肯定,更加深了牛顿的坚持!托马斯·杨于1801年进行了一次光的干涉实验,即著名的杨氏双孔干涉实验,并首次肯定了光的波动性。
随后在他的论文中以干涉原理为基础,建立了新的波动理论,并成功解释了牛顿环,精确测定了波长。
1803年,杨把干涉原理用以解释衍射现象。
1807年,杨发表了《自然哲学与机械学讲义》,书中综合整理了他在光学方面的理论与实验方面的研究,并描述了双缝干涉实验,后来的历史证明,这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列。
但是他认为光是在以太媒质中传播的纵波。
这与光的偏振现象产生了矛盾,然而杨并未放弃光的波动说。
杨的著作点燃了革命的导火索,光的波动说在经过了百年的沉寂之后,终于又回到了历史舞台上来。
但是它当时的日子并不好过,在微粒说仍然一统天下的年代,杨的论文开始受尽了权威们的嘲笑和讽刺,被攻击为“荒唐”和“不合逻辑”。
在近20年间竟然无人问津,杨为了反驳专门撰写了论文,但是却无处发表,只好印成小册子。
但是据说发行后“只卖出了一本”。
1818年菲涅耳在巴黎科学院举行的一次以解释衍射现象为内容的科学竞赛中以光的干涉原理补充了惠更斯原理,提出了惠更斯-菲涅耳原理,完善了光的衍射理论并获得优胜。
早于1817年在面对波动说与光的偏振现象的矛盾时,杨觉察到如果光是横波或许问题可以得到解决,并把这一想法写信告诉了阿拉果,阿拉果立即把这一思想转告给了菲涅耳。
于是当时已独自领悟到这一点的菲涅耳立即用这一假设解释了偏振现象,证明了光的横波特性,使得光的波动说进入一个新的时期。
随着光的波动学说的建立,人们开始为光波寻找载体,以太说又重新活跃起来,但人们在寻找以太的过程中遇到了许多困难,于是各种假说纷纷提出。
菲涅耳在研究以太时发现,横向波的介质应该是一种类固体,而以太如果是一种固体它又怎么能不干扰天体的自由运转呢。
不久以后法国科学家泊松也发现了一个问题:如果以太是一种类固体,在光的横向振动中必然要有纵向振动,这与新的光波学说相矛盾。
为了解决各种问题,1839年法国数学家柯西提出了第三种以太说,认为以太是一种消极的可压缩性的介质,试图以此解决泊松提出的困难。
英国物理学家麦克斯韦通过对电磁现象的研究,建立了电磁学,并将光和电磁现象统一起来,认为光就是一定频率范围内的电磁波,从而确立了波动说的地位。
这种理论预见后来得到了实验的证实。
1873年,麦克斯韦完成巨著《电磁学通论》,这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》相媲美的书,具有划时代的意义。
1887年,德国科学家赫兹用实验证实了电磁波的存在,也证实了光其实是电磁波的一种,两者具有共同的波的特性。
赫兹在实验中同时也证实了光电效应,即在光的照射下物体会释放出电子,这一发现,后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础。
德国物理学家普朗克早期从事热力学的研究,他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。
1900年,普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难,创立了物质辐射(或吸收)的能量只能是某一最小能量单位(能量量子)的整数倍的假说,即量子假说。
他引进了一个物理普适常数,即普朗克常数,以符号h表示,其数值为6.626176×10-27尔格·秒,是微观现象量子特性的表征。
他从理论上导出了黑体辐射的能量按波长(或频率)分布的公式,称为普朗克公式。
量子假说的提出对现代物理学,特别是量子论的发展起了重大的作用。
普朗克在做了大量的实验后又提出了电磁波这种形式的能量辐射,使人们认识到电磁波是某种粒子,既光量子。
为了强调光的粒子属性,光量子被称之为“光子”。
光子的质量在运动中显示出来。
但电磁学存在着巨大缺陷,按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度(光速)应该是一个恒量,然而根据经典力学对光速的解释,不同惯性系中的光速不同。
光速究竟是否应该遵从相对性原理?电磁学对光速的解释与经典力学在相对性原理上相互之间产生了巨大的矛盾,而正是这一矛盾,导致了人类历史上最伟大的科学家——爱因斯坦的出现。
德国科学家爱因斯坦坚信宇宙中一切物理现象的背后都蕴藏着完整的统一性,因此,麦克斯韦的电磁学理论必须要与经典力学统一起来。
爱因斯坦为了解决这一矛盾,做出了一个假设:假设有个人能够达到光的速度,与光并肩齐行,那么他就会发现静止的光。
但是,根据麦克斯韦的电磁学原理,振动的电磁波是不可能观测到的,而且波也不可能处于静止状态,也就是说,宇宙中不可能存在光在静止状态的参照系,对于任何一个参照系来说,都只有属于这个参照系的时间与空间。
因此,爱因斯坦确信,光在所有参照系中速度必然相同。
根据这一物理法则,爱因斯坦进行了多年的探索和研究,1905年创立了狭义相对论,揭示了时间和空间的本质联系,引起了物理学基本概念的重大变革,开创了物理学的新世纪;提出了光量子论,解释了光电现象,揭示了微观客体的波粒二重性,用分子运动论解决布朗运动问题;发现了质能之间的相当性,在理论上为原子能的释放和应用开辟道路。
爱因斯坦的相对论与麦克斯韦的电磁学理论完美地结合在一起,从而推动了物理学上的一次意义深远的重大革命。
光的波动说与微粒说之争从十七世纪初开始,至二十世纪初以光的波粒二象性告终,前后共经历了三百多年的时间。
牛顿、惠更斯、托马斯.杨、菲涅耳等多位著名的科学家成为这一论战双方的主辩手。