在很早很早以前，有一本名為《圣經(jīng)》的書(shū)里有這樣一句話(huà)：神說(shuō)，要有光，就有了光。這句斷言把光的全部問(wèn)題一筆勾消，因?yàn)檫@句話(huà)的意思是：光亮不過(guò)是黑暗的反面，是讓人能看見(jiàn)東西的環(huán)境。
光的發(fā)展史
可是古希臘人確認(rèn)為光具有客觀現(xiàn)實(shí)性，是一種象從水龍頭射出的水那樣從人們的眼睛射出的東西。我們之所以能看見(jiàn)物體就是靠從眼睛里射出的一束這樣的光擊中了這個(gè)物體。這個(gè)說(shuō)法從而解釋了為什么我們睜著眼能看見(jiàn)物體但閉著眼卻看不見(jiàn)了這一事實(shí)。不過(guò)，在黑暗的地方，為什么我們的眼睛睜的再大也看不見(jiàn)東西呢？
畢達(dá)哥拉斯對(duì)此提出了一種新的理論：光是由發(fā)光體向四面八方射出的一種東西，這種東西碰到障礙物上就立刻被彈開(kāi)。如果它偶然進(jìn)入人的眼睛，就叫人感覺(jué)到看見(jiàn)使它最后被彈開(kāi)的那個(gè)東西。
畢達(dá)哥拉斯
這種理論雖然有點(diǎn)符合經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，但光的問(wèn)題根本沒(méi)有因這種理論而得到解決?？茖W(xué)上的每一樣新發(fā)現(xiàn)都帶來(lái)一大堆新問(wèn)題。就光而言，從發(fā)光體發(fā)出的光是怎樣躍過(guò)空間進(jìn)入人的眼睛里？光是涼的還是熱的？它動(dòng)不動(dòng)？它動(dòng)的有多快？
這就出現(xiàn)了兩種理論：
光的粒子說(shuō)：光是由億萬(wàn)個(gè)光子或''微粒''組成的，光子由發(fā)光體向各個(gè)方向射出好象一顆不斷爆炸的炸彈的碎彈片。
光粒子
光的波動(dòng)說(shuō)：光可以象波那樣運(yùn)動(dòng)，把它的信息從一個(gè)地方帶到另一個(gè)地方。但是，這種學(xué)說(shuō)的困難在于一個(gè)波動(dòng)并不僅僅是一個(gè)波動(dòng)，因?yàn)椴ǖ膫鞑バ枰劫|(zhì)光能夠在真空中傳播，那么，真空中有媒質(zhì)嗎？如果有某種物質(zhì)性的東西充滿(mǎn)真空那它就不是真空。這就是說(shuō)，由于缺少一種媒質(zhì)好讓我們所講的波能在里面波動(dòng)，就得殘酷地拋棄這種大有前途的理論？不！哪個(gè)科學(xué)家也不會(huì)這樣做?？茖W(xué)家驚人的想象力稍微發(fā)揮一下，就很容易地解決了這個(gè)問(wèn)題：宇宙空間充滿(mǎn)了一種無(wú)處不在、又看不見(jiàn)摸不著的非物質(zhì)性的媒質(zhì)——以太。光就是在這種媒質(zhì)（以太）中傳播。
光波和以太
這就有了兩派彼此抗衡的光的學(xué)說(shuō)：微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)。那么，哪一派正確呢？偉大的牛頓支持微粒說(shuō)。他覺(jué)得，波有衍射現(xiàn)象，但光是沿著直線(xiàn)傳播的，又有誰(shuí)見(jiàn)過(guò)光拐彎呢？所以他相信微粒說(shuō)。固然，那時(shí)關(guān)于光，已知有許多奇妙事實(shí)同微粒說(shuō)是不相容的，可這對(duì)于絕頂聰明的牛頓來(lái)說(shuō)，攻克這樣的難題還不是小菜一碟？他用粒子說(shuō)對(duì)當(dāng)時(shí)所知的光的一切現(xiàn)象都作了解釋, 只是稍微犧牲了一點(diǎn)簡(jiǎn)單性而已。比如，為了解釋某種光學(xué)現(xiàn)象，他把光子想象成鳥(niǎo)似的一起一伏的飛翔。
光粒子
雖然波動(dòng)說(shuō)在牛頓時(shí)代也不乏擁護(hù)者，以荷蘭物理學(xué)家惠更斯為首的波動(dòng)論者，把他們的主要希望寄托在一個(gè)這樣的事實(shí)上：微粒相碰時(shí)，應(yīng)該彼此彈開(kāi)，然而實(shí)驗(yàn)表明，兩束光相遇時(shí)，彼此交叉而過(guò)，互不影響。不過(guò)，波動(dòng)說(shuō)要同的微粒說(shuō)抗衡僅有這一實(shí)驗(yàn)作基礎(chǔ)能有多大的勝利的希望呢？因?yàn)橛心敲匆粋€(gè)天才巨人牛頓站在他們的對(duì)立面！
高山為谷，大海為陵。三十年河?xùn)|，三十年河西。牛頓逝世后，關(guān)于光又有了新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，而新發(fā)明的數(shù)學(xué)方法又為波動(dòng)說(shuō)提供了解決困難的有力工具。
波動(dòng)說(shuō)的支持者認(rèn)為，之所以看不到光的衍射現(xiàn)象，是因?yàn)楣獾牟ㄩL(zhǎng)太短，如果障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相差不多，就應(yīng)能看到光拐彎的現(xiàn)象。并還推測(cè)出光不僅有衍射現(xiàn)象，還應(yīng)有干涉現(xiàn)象。實(shí)際上，早在牛頓時(shí)代，人們就已經(jīng)觀察到了光的干涉現(xiàn)象。而牛頓卻一直提不出真正圓滿(mǎn)的說(shuō)明。看來(lái)微粒說(shuō)要倒霉了。
英國(guó)大科學(xué)家牛頓
牛頓死后大約一百年，托馬斯·揚(yáng)在公元１８１７年提出了光是橫波的假說(shuō)，法國(guó)的一位土木工程師菲涅爾以此為基礎(chǔ)，在１８１８年提交了一篇應(yīng)征巴黎科學(xué)院懸賞征求闡述光折射現(xiàn)象的論文。在這篇文章中，他提出了一整套高度完善的波動(dòng)說(shuō)理論，這個(gè)理論是那樣的簡(jiǎn)潔和有力。無(wú)論當(dāng)時(shí)那么多復(fù)雜漂亮的實(shí)驗(yàn)，以及所有已知的光學(xué)現(xiàn)象沒(méi)有一個(gè)它解釋不通的。但粒子說(shuō)并不甘心就這樣灰溜溜地退出歷史舞臺(tái)。
著名數(shù)學(xué)家泊松還要做垂死的掙扎。他根據(jù)菲涅爾的理論推算出光射到一個(gè)不透明的圓板上，在這個(gè)圓板的中心應(yīng)當(dāng)有一個(gè)亮斑－－泊松斑。顯然誰(shuí)也沒(méi)有看到過(guò)這種十分荒謬的現(xiàn)象。所以，泊松興高采烈地宣稱(chēng)他駁倒了菲涅爾的波動(dòng)理論。然而他高興的似乎早了點(diǎn)。波動(dòng)說(shuō)的支持者用實(shí)驗(yàn)的方法證明了圓板的陰影中心確實(shí)有這樣一個(gè)亮斑，這不過(guò)是光的一種衍射現(xiàn)象。
泊松斑
這真是搬起石頭砸自己的腳，如《紅樓夢(mèng)》里所說(shuō)的，''機(jī)關(guān)算盡太聰明，反算了卿卿性命''。
波動(dòng)說(shuō)的理論基礎(chǔ)反而由此更加牢固了。但波動(dòng)說(shuō)并不就此罷休。它還需要有更近一步的證據(jù)去證明微粒說(shuō)是錯(cuò)的。這就是法國(guó)人傅科所做的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)：測(cè)量光在水中的速度。因?yàn)閮膳衫碚撛谶@一點(diǎn)上有重大分歧：按牛頓的光子說(shuō)，光在水中的速度應(yīng)大于光在真空中的速度；而波動(dòng)說(shuō)則堅(jiān)持認(rèn)為水中的光速一定小于真空中的光速。誰(shuí)是誰(shuí)非？科學(xué)等待了很久，終于由傅科用實(shí)驗(yàn)的方法證明水中的光速恰與波動(dòng)說(shuō)預(yù)計(jì)值相吻和。
遭此一系列的打擊，微粒說(shuō)的照命星隕落了，波動(dòng)說(shuō)以勝利者而沾沾自喜時(shí)，還沒(méi)有忘記''宜將勝勇追窮寇，不可沽名學(xué)霸王''這一古訓(xùn)。它還要得到更大的支持，要置微粒說(shuō)于十八層地獄。這就是法拉第對(duì)電與磁的研究，使多少有點(diǎn)停滯不前的古老的電磁學(xué)出現(xiàn)了復(fù)興。一個(gè)新的紀(jì)元開(kāi)始了。
到了１８７２年麥克斯韋終于完成了他的鴻篇巨制《電磁學(xué)通論》這部電磁理論的經(jīng)典著作，他把法拉第那種表面上似乎很神秘的見(jiàn)解化成人們所能接受的的兩組微分方程－－麥克斯韋方程組，方程簡(jiǎn)潔、完美、整齊，不僅解決了當(dāng)時(shí)所知的所有的電磁學(xué)問(wèn)題，概括了所有的電磁現(xiàn)象，而且他根據(jù)這四個(gè)方程推導(dǎo)出應(yīng)當(dāng)存在電磁波這種東西，這種波應(yīng)當(dāng)按光速傳播，而且具有光的一切物理性質(zhì)。這就是說(shuō)，光是電磁波的一種，波動(dòng)說(shuō)的所有高超的理論都毫無(wú)例外地包含在新的電磁方程中。而這個(gè)方程組的另一個(gè)豐功偉績(jī)是把數(shù)百年來(lái)物理學(xué)家苦苦創(chuàng)造的數(shù)百種以太模型統(tǒng)一成了一種——電磁以太。
麥克斯韋爾方程組
然而，話(huà)還不能說(shuō)的太絕。要想使麥克斯韋的這個(gè)看起來(lái)是那么美妙的學(xué)說(shuō)被人們所接受，必須用實(shí)驗(yàn)的方法產(chǎn)生出麥克斯韋所假設(shè)的電磁波來(lái)。否則，只能看成是一種很有趣的假說(shuō)，這可是一件十分難辦的事情。困難主要還不在于產(chǎn)生電磁波，而在于怎樣證明電磁波當(dāng)真產(chǎn)生了。一年年過(guò)去了，并沒(méi)有探測(cè)到這種波，物理學(xué)家們對(duì)麥克斯韋的見(jiàn)解是否正確開(kāi)始有了疑慮。在流言誹語(yǔ)中，麥克斯韋死了。
在他逝世的七年后，德國(guó)人赫茲歷經(jīng)三年終于于１８８８年在一系列的輝煌實(shí)驗(yàn)中探測(cè)到了電磁波。這些實(shí)驗(yàn)到處受人的歡呼，被認(rèn)為在磐石般的實(shí)驗(yàn)事實(shí)上，出色地證實(shí)了麥克斯韋理論的正確性。這可不是一個(gè)貧乏無(wú)味的理論，它不僅有不可估量的商業(yè)價(jià)值，而且還使人們不得不相信無(wú)線(xiàn)電波同光波是一樣的，不同的只是頻率。在可見(jiàn)光的兩端還存在著大量的不可見(jiàn)光：比紫光頻率高的有紫外線(xiàn)、Ｘ射線(xiàn)、γ射線(xiàn)；比紅光頻率低的有紅外線(xiàn)和各種無(wú)線(xiàn)電波等。
光譜
到此，光是一種波，已經(jīng)用數(shù)學(xué)上精美雅致永遠(yuǎn)不變的圖式嚴(yán)格固定了。光的所有細(xì)節(jié)經(jīng)過(guò)幾代人的努力被揭露的詳細(xì)無(wú)遺并被絲毫不差地納入了莊嚴(yán)的數(shù)學(xué)定律中。
波動(dòng)說(shuō)勝利了。他們以雷霆萬(wàn)鈞之力壓倒了不幸的微粒說(shuō)。他們確有理由自豪：宏偉的宇宙受已知方程支配，光的一切現(xiàn)象在理論上都可以預(yù)言，并按已知的定律由原因莊嚴(yán)地進(jìn)行到結(jié)果。拓荒者的工作已經(jīng)完成，沒(méi)有絲毫基本的東西尚待發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在只是擴(kuò)展已有的知識(shí)的細(xì)節(jié)問(wèn)題。
而微粒說(shuō)死了。它已喪失了一切生存的理由。
但是微粒說(shuō)真的死了嗎？或許它只是暫時(shí)的休眠，它只是在等待一個(gè)能喚醒它的人而已，然而這個(gè)等待沒(méi)過(guò)多久，那個(gè)喚醒它的人就出現(xiàn)了……
接下篇
聲明：本文并非我所寫(xiě)，這是一篇很早的關(guān)于物理學(xué)史的優(yōu)秀科普文，算算也應(yīng)該有十年了吧！我第一次看到是在中學(xué)時(shí)的一本輔導(dǎo)書(shū)附錄中，當(dāng)時(shí)看了就愛(ài)不釋手，后來(lái)在網(wǎng)絡(luò)中找到后收藏至今，我試過(guò)搜尋原作者，可惜都沒(méi)有確認(rèn)最初的出處，當(dāng)然如果原作者看到，希望及時(shí)聯(lián)系我，我會(huì)在24小時(shí)內(nèi)處理。另外，原文是沒(méi)有配圖的，文中配圖都是我制作添加的，現(xiàn)在和大家分享這篇文章，希望讀者朋友們會(huì)喜歡，喜歡的朋友記得點(diǎn)關(guān)注哦！
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