浅谈光的本性认知发展历程

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光本性认识之发展历程

光本性认识之发展历程

光本性认识之发展历程自古以来,人类一直对光有着浓厚的兴趣,并不断探索光的本性和性质。

随着科学技术的进步,人们对光的认识也在不断深化和发展。

本文将从古代到现代,梳理光的本性认识之发展历程。

古代认识光的本性主要集中在光的传播和反射方面。

在古希腊时代,亚里士多德的传感理论认为光是由物体发出的一种物质,而光的传播是通过这种物质从视觉对象传开的。

然而,亚里士多德的理论在解释光的传播性质上存在着种种问题。

随着科学思想的演进,伽利略和维塞利亚等科学家开始对光进行实验和观察。

伽利略的实验揭示出光在空气中以直线传播,并能够发生折射。

维塞利亚的实验进一步证明了光的传播性质,他使用了狭缝来研究光的传播,发现光通过狭缝后会产生衍射现象。

这些实验与观察结果巨大地推动了光的本性认识的进展。

到了17世纪,哈克将光的传播性质与粒子模型相结合,提出了光由小颗粒(现在称作光子)组成的理论。

这一理论解释了光直线传播和折射现象,但无法解释光的颜色和衍射现象。

随后,荷兰物理学家霍普完成了著名的实验,证明了光的波动性质。

他使用了两个狭缝来研究光的衍射现象,发现光在通过狭缝之后形成了明暗相间的斑纹,这一实验结果证明了光的波动性质。

19世纪初,光的本性认识迈入了一个新的阶段。

迈克尔逊和莫雷在1887年进行了一项著名的实验,用以测量以太的存在。

然而,实验结果却意外地未能检测到以太,从而推翻了以太理论。

这次实验的失败促使爱因斯坦在十几年后提出了相对论,其中包括了光速不变的原理。

爱因斯坦的理论将光的速度视为宇宙常数,使得我们对光的本性有了更深入的认识。

进入20世纪,量子力学的发展对光的本性认识产生了重要影响。

玻尔提出了光子的概念,解释了光的能量和波动性。

根据玻尔的理论,光可以看作是粒子的形式,而每个光子都具有一定的能量。

这一理论不仅解释了光的辐射和吸收现象,还为后来激光和光电子技术的发展奠定了基础。

到了现代,光的本性认识越发深入。

人们发现光具有量子特性,可以表现出波粒二象性。

光本性学说的发展史

光本性学说的发展史

(3)衍射图像: 小孔衍射
(三)、光电效应产生光电效应。
b、时间根短: t<10-9 S
c、1/2mv2=hγ-ω
d、当γ>γ0时,光电流强度与入射光强度成正比。
三、光的电磁说
(一)依据
(二)电磁波谱:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X、γ X射线
紫外线下的人民币
红外线看到的木星
红外线看到的土星
光谱
(aCmMV$aR$TGBTB-nTy MCh12y ExrA3c6-3zy g&S&I1oTy NFocjW038t8vEN0Ry uuiSO&frhGh0M50jNwoLH qa9Bzi+%duYmKK9 %TBA BgVvo NMA60 As zG zy Bo82mnVnRZw98c AmMp-roXlV zGdPjLWoIYjGsy XR*Jwf&99TeN)Xu)Af8v z!v9P*1eSS40 LZxt-* oQ z484 tnpp*tb OW$Jr3$IIQBn4D75qq+fcpEloimlD0rKleR$C4vcWa&dhDu D#O6 YiJVc( OxJS#p kn% ko* +G5Tn SPrNcQVd1M uSy (KWq!8PoYy V1atu6bB&dh+UCQAy vzGj8o3UKmCBXT)6U (Q&lT*MsIiX S9 k9)) E$6N* ZXZ+D 4mr0aYRFt6SGfT33 %8f6IM s#sn8 kYBtU$f DR(PhOdhTG zlLKm#y qOMApv*4- $0AFu gdAp*x 63ALRHdmSpHlveM 4i3iYtb dB7Sh5 1(BH)I 5Ymse9W*+ ZW!8n V$j%S#CAmT&

人类对光的认识过程

人类对光的认识过程

人类对光的认识过程- -人类对光的本性认识经历了一个非常曲折、漫长的过程,这其中不仅仅使我们获得了很多知识,更重要的是对科学精神和科学发现的理解更深刻了。

光的本性认识历史——摘自《重要物理概念规律的形成与发展》乔际平刘甲珉编著人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月,大约在十七世纪形成了两种对立的学说,即光的波动说与微粒说,但在以后很长一段时期内,微粒说占据统治地位,而波动说几乎消声匿迹.历史发展到十九世纪初,由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴,并压倒了微粒说.二十世纪初,爱因斯坦提出了光的量子说,康普顿证实了光的粒子性,使人们对光的本性又有全新的认识,乃至到今天,人们认识到光具有波粒二象性.人们对光的本性的认识过程可概括为:光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性.一、光的波动说的形成十七世纪形成了关于光的本性的两种学说,历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人.1.笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程十七世纪上半叶,法国物理学家笛卡儿(1596—1650)曾用他提出的“以太”假说来说明光的本性.他用以太中的压力来说明光的传播过程.如果一物体被加热并发光,这意味着,物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力.这一媒质被称为以太,它充满了整个空间.压力向四面八方传播,在达到人眼后引起人的感觉,他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在,他把光的颜色设想为起源于以太粒子的不同的转动速度,转得快的引起红色的感觉,转得慢的对应于黄色,最慢的是绿色和蓝色.他的主张是强调媒质的影响,以“作用”的传播为出发点,特别是以接触作用或近距作用为出发点,把光看作压力或者脉动运动的传播,因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人.2.胡克把光波与水波类比指出光的波动性胡克在1665 年出版的《显微术》一书,明确提出光是一种振动.他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例,认为发光体的一部分处在或多或少的运动中,又因金刚石很硬,肯定它是一种很短的振动.在分析光的传播时,胡克提到了光速的大小是有限的,并认为“在一种均匀媒介中,这一运动在各个方向都以相等的速度传播”,因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展,犹如石子投入水中所形成的波那样,而射线和波面交成直角.胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究,提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合.这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念.3.惠更斯把光波与声波类比提出惠更斯原理,发展了光的波动学说荷兰物理学家惠更斯(1629—1695)在十七世纪七十年代,从事光的波动论的研究,1690 年出版了他的著名著作《论光》.惠更斯从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动.他的研究发现:“光线向各个方面以极高的速度传播,并且光线从不同的地点出发时,光线在传播中相互穿过而互不影响.当我们看到发光的物体时,决不会是由于该物体有任何物质传输到我们这里,好象一粒子弹或一只箭穿过空气那样”.从这里可看出,惠更斯从光束在传播中相互交叉时并不彼此妨碍的事实得出上述结论的.他把光的传播方式和声音在空气中的传播作比较,明确地指出了光是一种波动的思想.他又根据光速的有限性论证了光是从媒质的一部分依次向其他部分传播的一种运动,他认为光和声波、水波一样是一种球面波.惠更斯不但从现象上解释各种光的波动现象,而且试图从理论的高度总结出普遍的规律,他提出了著名的惠更斯原理.他叙述说:“关于这些波的形成过程还必须指出,当光在物质中传播时,物质的每一个粒子都应当把它的运动不仅传递给位于它与发光点的连线上近旁的粒子,它也必然把运动传递给所有与它接触并阻碍它运动的其它粒子.因此,在粒子的周围就应当形成波,而该粒子则是波的中心”.运用这个次波原理,惠更斯不但成功地解释了反射和折射定律,而且还解释了方解石的双折射现象.惠更斯没有给波动过程以严密的数学描述.没有提到波长的概念,他的次波包络面也没有从一定位相的迭加所造成的强度分布来考虑,只不过是光传播的一种几何的定性说明,故仍旧停留在几何光学的观念范围内.由于他认为光波和声波一样是一种纵波,因此他无法解释光的偏振现象;而且惠更斯所谓的波动实际上只是一种脉冲而不是一个波列,也没有建立起波动过程的周期性概念,因此,用他的理论无法解释颜色的起源,也不能说明干涉、衍射等有关光的本质的现象.总之,十七世纪,由笛卡儿、胡克、惠更斯等人所建立起的光的波动学说还是很不成熟的.二、光的微粒说的形成在光的波动学说形成过程中,关于光的本性另一种对立学说——光的微粒说也逐步建立起来了。

光本性认识的发展-激光学基础

光本性认识的发展-激光学基础

激光学基础—光本性认识的发展06061123 徐鹏摘要:光是充斥在人类生活之间的物质,据资料统计,人类感官摄取信息中,有80%来自于视觉,也就是光。

对于光的认识,也经历了漫长曲折的时间,这是当今激光学基础。

本文通过介绍牛顿、惠更斯、托马斯杨、麦克斯韦、爱因斯坦等人对光认识作出的结论和贡献,阐述光的波粒二象性发现的过程及其影响。

关键词:光,粒子性,波动性,波粒二象性光学是一门最古老的物理学分支之一.光学是研究光的本性以及光在媒质中传播时各种性质的学科。

光的本性问题一直是人们十分关心和热衷探讨的问题.17世纪以来,随着科学技术的发展,这种争论达到了空前激烈的地步,也就是物理学史上著名的微粒说与波动说之争.1、粒子说17世纪的科学巨匠牛顿,也是光学大师。

关于光的本性,牛顿是这样认为的:光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流,发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流,一旦这些光粒子进入人的眼睛,冲击视网膜,就引起了视觉,这就是光的微粒说。

(1)实验基础:光的直线传播。

(2)能解释的现象:光的微粒说能较好地简明直观地解释光的直线传播和光的反射定律以及影的形成和光的色散现象。

由于微粒说通俗易懂,又能解释常见的一些光学现象,所以很快获得了人们的承认和支持。

但是,微粒说也遇到了不小的困难,微粒说的困难:①解释光的折射定律比较麻烦,根据牛顿的推算,光在介质中速度要比光在真空中速度要大。

②不能解释光的独立传播定律:如几束光相遇后会彼此毫无妨碍地继续向前传播。

光的独立传播与光的机械微粒流概念是不相容的,它成为微粒说的致命弱点。

③在介质表面同时存在的反射及折射现象:牛顿认为光的反射是由于光微粒受到介质的排斥所致,折射是微粒受到介质的吸引所致,那么一束光射到介质表面时,既有反射又有折射,为什么介质对光微粒“有亲有疏”呢?④光的衍射现象更难用微粒说解释。

2、波动说这个学说的代表人物是与牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯.他根据光与机械波有类似特征,提出光是以光源为振源的某种振动,光是在一种特殊的弹性物质“以太”中传播的弹性机械波.(1)实验基础:光的独立传播规律。

人类对光本性的认识

人类对光本性的认识

人类对光本性的认识摘要:光给我们带来了五彩世界的美丽,“光的本性是什么?”一直以来人们对此曾有过各种猜测和争论。

从人们最初认为的光是一种“很小的微粒”,到光是一种电磁波,最后到人们对光的认识既具有粒子性又具有波动性,经历了几个世纪的争论。

本文将重温历史上那些物理学家的经典实验,结合理论公式推导,带你走进“光的世界”!关键词:光的粒子性、光的波动性、波粒二象性1、前言:光到底是什么?17世纪,牛顿认为光是一股微粒流,沿直线传播,由此形成了几何光学,他以光的折射、反射定律为基础,研究光的直线传播和成像的规律。

由于当时的实验条件和牛顿的威信,人们普遍接承认“光的微粒学说”。

可是到了19世纪初人们观测到了许多光的干涉、衍射、和偏振现象,这些事实不禁让人们对光产生了新的认识……2、第一部分:光的波动性1801年,英国物理学家托马斯·杨成功地实现了光的干涉实验,首次有力地证明了光是一种波动。

下面介绍一下这个有名的杨氏双缝干涉实验。

实验装置如图所示:为什么我们会观察到屏上的干涉条纹?下面我对屏上的条纹位置作定量分析:S为线光源,其后是一个遮光屏,其上有两条与S平行的狭缝S1、S2,且与S等距离,因此S1、S2是相干光源,且相位相同;S1、S2之间的距离是d ,到屏的距离是D。

P为屏上任意一点,P到S1、S2的距离分别为r1、r2,在屏上取坐标轴O x,向上为正,坐标原点位于关于双缝的对称中心。

P到屏中心O点的距离为x,在D>>d、x,则从S1和S2发出的相干光到达P点的光程差为δ=r2+r1由图可见r12 =D2+(x−d2)2 ,r22 =D2+(x+d2)2两式相减,得r22−r12=2dx由于D>>d、x,所以r2+r1≈2D,由此得δ=dxD故当光程差为半波长的偶数倍时,相位差就是π的偶数倍,两束光相干加强,P点为明纹;而当光程差为半波长的奇数倍时,相位差就为π的奇数倍,两束光相干减弱,P点为暗纹。

光的本性

光的本性

项目
种类
单缝衍射
条纹宽度
条纹宽度不等,中 央最宽


条纹间距 各相邻条纹间距 不等

亮度
中央条纹最亮, 两边变暗
双缝干涉
条纹宽度相等
各相邻条纹等间距 清晰条纹,亮度基本 相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象,属于波 的叠加,干涉、衍射都有明暗相间的条 纹
四、光的电磁说 1.光的电磁本性:光是一种电磁波 (麦克斯韦预言、赫兹用实验证明). 2. 实验依据: (1)光波和电磁波的传播都可以不需要介质; (2)光波和电磁波在真空中传播的速度相同,都是3×108m/s; (3)光波和电磁波都是横波. 3.电磁波谱 (1)定义: 电磁波按波长由大到小排列,组成电磁波谱
d
2.薄膜干涉:
双缝间的距离
⑴相干光的产生:
由同一列光波经薄膜的前后表面两次 反射形成。
⑵干涉图样:
①单色光: 明暗相间的条纹。 同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜厚度相同
②白光: 彩色条纹 ⑶应用: ①检测平面 ②增透膜 厚度为光在膜中波长的1/4.
三、光的衍射
1.定义:光离开直线路径绕过障碍物传播到障碍物后面的现象
第五十一讲 光的波动性
一、光的本性学说的发展简史 1.牛顿的微粒说:
不能解释光的折射 和光的独立传播
认为光是高速粒子流,它能解释不光能的解直释射影现子的象形和成光的反射现象.
2.惠更斯的波动说:
和光能在真空中传播
认为光是某种振动,以波的形式向周围传播,它能解释光的干
涉和衍射现象.
不能解释光电效应
3.麦克斯韦的电磁说: 认为光是电磁波,依据的实验是赫兹实验,它证明了光与电
①相干性好:产生明显的干涉图象 利用激光通过光导纤维实现通讯

浅谈光的本性认知发展历程

浅谈光的本性认知发展历程

浅谈光的本性认知发展历程作者:师家庆来源:《文存阅刊》2020年第14期摘要:自然科学的发展是人类不断揭露矛盾和克服矛盾的过程。

它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的,但也有很多的理论是在科学技术发展前提下对众多的科学假说进行证实或者部分证实的产物,这一产物本身其实也不是完美的,而是一个新的、有质的飞跃的一个新的假说。

其中,光学中对于光的本性——波粒二象性的描述就是很典型的例子。

关键词:理论;科学假说;光学;波粒二象性一、光学的早期发展光学是一门古老而又年轻的学科。

中国的《墨经》、希腊的《光学》等书中,均对光的一些规律进行了描述。

从这时候开始,一直到15世纪末16世纪初是光学发展的萌芽时期。

在这一阶段,所有光学的研究均未涉及光的本性。

二、光的微粒说17世纪中叶,人类开始对光的本质进行探讨。

人们在光的反射、折射等理论的基础上,提出了光的微粒说。

最早由笛卡尔提出。

在力学、数学、天文学的发展中作出巨大贡献的牛顿发展了该模型,提出了光的微粒理论并着手通过实验来验证自己的假说。

然而,在他的很多实验中,结论指向了波动性,如牛顿环实验等。

由此使得牛顿在光的本性问题上犹豫了很久。

微粒说可以很好地解释光的直线传播、反射、折射定律,但对于干涉、衍射、偏振等现象的解释相当勉强,以致牛顿不得不在微粒说中添加了“振动”的因素,认为光微粒在传播途中会受到媒质振动的影响,从而使得光的微粒说能够站住脚。

由于牛顿在自然科学界的巨大声望,使得微粒说在整个18世纪占统治地位。

三、光的波动说1655年,意大利数学教授格里马第观测放在光束中的小棍子的影子时,发现了影子的宽度和直线传播前提下影子的宽度是有差距的。

据此他推想光可能是与水波类似的一种流体。

格里马第设计了一个实验:让一束光穿过小孔后照到暗室里的一个屏幕上。

他发现光线通过小孔后的光影明显变宽了。

格里马第进一步实验,他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕,这时得到了明暗条纹。

人类对光的认识过程

人类对光的认识过程

人类对光的认识过程人类对光的本性认识经历了一个非常曲折、漫长的过程,这其中不仅仅使我们获得了很多知识,更重要的是对科学精神和科学发现的理解更深刻了。

光的本性认识历史--摘自《重要物理概念规律的形成与发展》乔际平刘甲珉编著人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月,大约在十七世纪形成了两种对立的学说,即光的波动说与微粒说,但在以后很长一段时期内,微粒说占据统治地位,而波动说几乎消声匿迹.历史发展到十九世纪初,由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴,并压倒了微粒说.二十世纪初,爱因斯坦提出了光的量子说,康普顿证实了光的粒子性,使人们对光的本性又有全新的认识,乃至到今天,人们认识到光具有波粒二象性.人们对光的本性的认识过程可概括为:光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性.一、光的波动说的形成十七世纪形成了关于光的本性的两种学说,历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人.1.笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程十七世纪上半叶,法国物理学家笛卡儿(1596-1650)曾用他提出的"以太"假说来说明光的本性.他用以太中的压力来说明光的传播过程.如果一物体被加热并发光,这意味着,物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力.这一媒质被称为以太,它充满了整个空间.压力向四面八方传播,在达到人眼后引起人的感觉,他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在,他把光的颜色设想为起源于以太粒子的不同的转动速度,转得快的引起红色的感觉,转得慢的对应于黄色,最慢的是绿色和蓝色.他的主张是强调媒质的影响,以"作用"的传播为出发点,特别是以接触作用或近距作用为出发点,把光看作压力或者脉动运动的传播,因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人.2.胡克把光波与水波类比指出光的波动性胡克在1665年出版的《显微术》一书,明确提出光是一种振动.他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例,认为发光体的一部分处在或多或少的运动中,又因金刚石很硬,肯定它是一种很短的振动.在分析光的传播时,胡克提到了光速的大小是有限的,并认为"在一种均匀媒介中,这一运动在各个方向都以相等的速度传播",因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展,犹如石子投入水中所形成的波那样,而射线和波面交成直角.胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究,提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合.这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念.3.惠更斯把光波与声波类比提出惠更斯原理,发展了光的波动学说荷兰物理学家惠更斯(1629-1695)在十七世纪七十年代,从事光的波动论的研究,1690年出版了他的著名著作《论光》.惠更斯从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动.他的研究发现:"光线向各个方面以极高的速度传播,并且光线从不同的地点出发时,光线在传播中相互穿过而互不影响.当我们看到发光的物体时,决不会是由于该物体有任何物质传输到我们这里,好象一粒子弹或一只箭穿过空气那样".从这里可看出,惠更斯从光束在传播中相互交叉时并不彼此妨碍的事实得出上述结论的.他把光的传播方式和声音在空气中的传播作比较,明确地指出了光是一种波动的思想.他又根据光速的有限性论证了光是从媒质的一部分依次向其他部分传播的一种运动,他认为光和声波、水波一样是一种球面波.惠更斯不但从现象上解释各种光的波动现象,而且试图从理论的高度总结出普遍的规律,他提出了著名的惠更斯原理.他叙述说:"关于这些波的形成过程还必须指出,当光在物质中传播时,物质的每一个粒子都应当把它的运动不仅传递给位于它与发光点的连线上近旁的粒子,它也必然把运动传递给所有与它接触并阻碍它运动的其它粒子.因此,在粒子的周围就应当形成波,而该粒子则是波的中心".运用这个次波原理,惠更斯不但成功地解释了反射和折射定律,而且还解释了方解石的双折射现象.惠更斯没有给波动过程以严密的数学描述.没有提到波长的概念,他的次波包络面也没有从一定位相的迭加所造成的强度分布来考虑,只不过是光传播的一种几何的定性说明,故仍旧停留在几何光学的观念范围内.由于他认为光波和声波一样是一种纵波,因此他无法解释光的偏振现象;而且惠更斯所谓的波动实际上只是一种脉冲而不是一个波列,也没有建立起波动过程的周期性概念,因此,用他的理论无法解释颜色的起源,也不能说明干涉、衍射等有关光的本质的现象.总之,十七世纪,由笛卡儿、胡克、惠更斯等人所建立起的光的波动学说还是很不成熟的.二、光的微粒说的形成在光的波动学说形成过程中,关于光的本性另一种对立学说--光的微粒说也逐步建立起来了。

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浅谈光的本性认知发展历程
作者:师家庆
来源:《文存阅刊》2020年第14期
摘要:自然科学的发展是人类不断揭露矛盾和克服矛盾的过程。

它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的,但也有很多的理论是在科学技术发展前提下对众多的科学假说进行证实或者部分证实的产物,这一产物本身其实也不是完美的,而是一个新的、有质的飞跃的一个新的假说。

其中,光学中对于光的本性——波粒二象性的描述就是很典型的例子。

关键词:理论;科学假说;光学;波粒二象性
一、光学的早期发展
光学是一门古老而又年轻的学科。

中国的《墨经》、希腊的《光学》等书中,均对光的一些规律进行了描述。

从这时候开始,一直到15世纪末16世纪初是光学发展的萌芽时期。

在这一阶段,所有光学的研究均未涉及光的本性。

二、光的微粒说
17世纪中叶,人类开始对光的本质进行探讨。

人们在光的反射、折射等理论的基础上,提出了光的微粒说。

最早由笛卡尔提出。

在力学、数学、天文学的发展中作出巨大贡献的牛顿发展了该模型,提出了光的微粒理论并着手通过实验来验证自己的假说。

然而,在他的很多实验中,结论指向了波动性,如牛顿环实验等。

由此使得牛顿在光的本性问题上犹豫了很久。

微粒说可以很好地解释光的直线传播、反射、折射定律,但对于干涉、衍射、偏振等现象的解释相当勉强,以致牛顿不得不在微粒说中添加了“振动”的因素,认为光微粒在传播途中会受到媒质振动的影响,从而使得光的微粒说能够站住脚。

由于牛顿在自然科学界的巨大声望,使得微粒说在整个18世纪占统治地位。

三、光的波动说
1655年,意大利数学教授格里马第观测放在光束中的小棍子的影子时,发现了影子的宽度和直线传播前提下影子的宽度是有差距的。

据此他推想光可能是与水波类似的一种流体。

格里马第设计了一个实验:让一束光穿过小孔后照到暗室里的一个屏幕上。

他发现光线通过小孔后的光影明显变宽了。

格里马第进一步实验,他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕,这时得到了明暗条纹。

他认为这种现象与水波十分相像,從而得出结论:光是一种能够作波浪式运动的流体。

格里马第第一个提出了“光的衍射”这一概念,是光的波动学说最早的倡
导者。

1663年,英国科学家波义耳提出了物体的颜色不是物体本身的性质,而是光照射在物体上产生的效果。

他第一次记载了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹。

这一发现与格里马第的说法有不谋而合之处,为后来的研究奠定了基础。

之后,荷兰物理学家惠更斯在“以太”的假想和前人研究的基础上提出了光的波动说。

“以太”是一种假想介质,充斥着整个宇宙空间,光的传播速度取决于“以太”的弹性和密度。

惠更斯的波动学说认为,光是“以太”的波动。

通过与机械波类比,波动说很容易定性地说明干涉和衍射现象:如果加上惠更斯所作的“子波假设”,它也能定量地解释反射定律和折射定律。

19世纪,杨氏实验对光的本性的认知发展产生了极大推动。

杨氏用干涉原理成功地解释了双缝干涉实验及薄膜的彩色条纹。

法国的菲涅尔使用数学工具,将惠更斯的子波假设和杨氏的干涉原理相结合,提出后人所谓的“惠更斯---菲涅尔原理”。

即:波前上每一个点都可看做是次波中心,光场中某一点的扰动是包围光源的任一闭曲面波前上所有点发出的次波在该点的相干叠加。

该原理用波动理论完美地解释了光的直线传播规律。

当时,微粒说的支持者泊松根据该理论导出圆屏的阴影中央将出现亮斑的结论,他认为这个结论是荒谬的,试图以此否定波动说。

然而,之后不久很快就有人用实验证明该亮斑确实存在,使得菲涅尔理论获得了意外的强力支持。

至此,波动说终于占据了光的本性的上风。

19世纪60年代初期,英国麦克斯韦在总结别人对电磁现象的研究结果的基础上,得出了著名的麦克斯韦方程组。

麦克斯韦预言出电磁波的存在,并且计算出电磁波在真空中的传播速度与光速极为接近。

为此,麦克斯韦进一步预言光是一种电磁波动。

不过在麦克斯韦的预言中仍然假定光波是通过“以太”传播的。

然而,波动说存在着一个很大的缺陷就是“以太”的假设。

为了解释各种光现象,人们被迫赋予“以太”许多奇特的性质。

如:“以太”应该渗入到一切透光物质中去,不阻碍物体的运动。

这些性质类似于气体的性质。

但偏振现象的发现,使人们又不得不给它加上类似于固体的性质。

更重要的是菲涅尔的“曳引系数”假定可以得出“以太”应该被运动媒质部分地带动。

但后期迈克尔逊-莫雷实验却导出了完全相反的结果:不能觉察任何地球和以太之间的相对运动。

四、光的波粒二象性
光究竟是粒子还是波呢?
20世纪初,物理学界相继出现了相对论、量子力学理论。

正是这些理论,决定了人们对光的本性的新的认识。

1900年,普朗克提出了“量子化”,认为物体的辐射必然是某一单元能量的整数倍,单元能量的数值正比于所发射光波的频率。

1905年,爱因斯坦提出了“光子”的概念。

他认为物体的发光、光在传播、与物质作用时均是量子化的。

光电效应方程对光电效应的解释、康普顿效应等很好地解释了这一点。

光的“微粒说”似乎又复活了,但此时的“微粒”和牛顿的“微粒”已全然不同。

最终,在薛定鄂、海森伯、狄拉克和玻恩等人建立量子力学之后,光的粒子性与波动性被统一起来,确立了光的波粒二象性。

结束语
整个光的本性的研究是从原始朴素的微粒说—经典力学下的波动说—光子说和波粒二象性,经历了肯定——否定——否定之否定的过程,这一过程是在其他背景知识不断发展的前提下,沿着假说—理论—新假说—新理论……的途径,不断地向前发展的。

当然,现在光的波粒二象性在目前相对论和量子力学的基础上是成立的,但是随着自然科学的发展,很有可能被再次推翻。

我们不必因此而诚惶诚恐,因为这是我们对自然世界认知的一个质的飞跃。

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