对于光本质的认识的争论

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。