光究竟是粒子还是波?
光学是一门古老的科学,关于光的本性问题也一直是许多科学家所努力探寻的。
17世纪70年代还由此引发了一场著名的争论。牛顿在剑桥对光学进行了为期3年的研究,最终形成了自己的学说,坚信光是一种粒子。站在他对立面的是英国皇家学会会员胡克和惠更斯。胡克认为光本质上是一种依靠以太媒质的振动而传播的波。他认为,只有把光看成波,才能完美地解释光的直线传播特性。
爱因斯坦对于光的特性,惠更斯比胡克研究的还要深入。他认为光的波动既类似于水波,又类似于声波。光波是一种球面波,光在传播时形成一个个球面波向前传递。胡克和惠更斯用来批驳粒子说的共同武器是光的衍射现象。衍射被公认为是波的一种特性,当光的衍射现象被发现之后,光的波动性也顺理成章地得到了承认。
对于波动说提出的种种反对粒子说的例证,牛顿用粒子说进行了反驳。对于光的衍射现象,牛顿作了不同的解释,他认为:光的衍射现象的发生是因为光中的微粒经过物体边缘时受到物体引力,因而表现为光在物体边缘产生了弯曲,更能证明光是一种微粒。
关于光的本性的争论一直持续了很多年。最终,由于牛顿的微粒说能更好地解释光的各种现象,因而它得到了公认。至此,备受科学界关注的光的本性之争以牛顿粒子说的胜利而告一段落。这一学说在他去世之后一直占据了近100年的统治地位。直到1801年,由于微粒说无法解释托马斯·杨的实验,波动说又重新占了上风。
20世纪初期,与牛顿同样伟大的另一位科学家爱因斯坦,受到1900年普朗克提出的量子概念的启发,将其推广到空间中的传播情况,提出了光的量子理论,证明了牛顿学说中光的粒子的存在,为牛顿的理论提供了有力的支持。爱因斯坦还综合了光的粒子说与波动说,辩证地提出光具有波动性与粒子性,即光既是一种波,同时也是一种粒子。
1905年3月,爱因斯坦在德国《物理年报》上发表了题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文。他认为对于时间平均值,光表现为波动;对于时间瞬间值,光表现为粒子性。这是历史上第一次揭示微观客体波动性和粒子性的统一,即波粒二象性。这一科学理论最终得到了学术界的广泛接受。
2024-11-21 广告