物理学史论文--光的微粒说与波动说之争

光的微粒说与波动说之争

摘要

本文围绕物理学史上关于光的本性的探讨，阐述了从17世纪以来物理大师们所做出的贡献，以及这背后的波折与起伏。这篇短文将带领大家领略关于光的本性长达几世纪的探讨，从微粒说的享负盛名，到波动说的极盛一时，到最后两者的完美统一，演绎了一段人类永远铭记的光辉物理学史。

关键词：微粒说波动说光量子学说

神秘的光究竟是什么，就这个问题，即光的本性一直是物理学家们所乐于探索的话题，自那起，主要有两个流派，一个是微粒说，一个则是波动说。

微粒说的主要支持者是牛顿，关于光的本性，牛顿是这样认为的：光是由一个个微粒所组成的粒子流，发光物体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。凭借着光的微粒说，牛顿轻而易举地解释了光的直线传播、反射和折射的现象。当时，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，微粒说并不是对于任何现象都能很好解释的，比如，它无法解释光的独立传播以及光可以绕过障碍物的边缘拐弯传播等现象。为了解释这些现象，和牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯，提出了与微粒说相对立的波动说。惠更斯认为，光是一种机械波，由发光物体振动引起，依靠一种特殊的媒介——“以太”来传播。波动说不但解释了光的独立传播，而且解释了光的反射和折射现象。不过在解释折射现象时，惠更斯假设光在水中的速度小于在空气中的速度，这与牛顿的解释正好相反。

究竟谁是对的，由此拉开关于光的本性两大阵派的激烈争论，尽管波动说可以解释不少光学现象，但由于牛顿极高的学术地位，波动说在很长一段时间一直处于下风，微粒说盛行了几乎整个18世纪。

但随着进入19世纪，波动说又重新活跃起来，首先向微粒说发起挑战的是牛顿的同胞托马斯·杨。1801年，年轻的托马斯·杨一针见血地说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是百无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威也许有时阻碍了科学的进步。”托马斯·杨为了证明光是一种波，在暗室中做了一个举世闻名的光的干涉实验。托马斯·杨的成功，证明了光的确是一种波，它只有用波动说才能解释，微粒说对此却没有办法。给微粒说以沉重打击的第二个实验是法国物理学家菲涅尔设计的光的衍射实验，这是一种波在传播过程中可以绕过障碍物，或穿过小孔、狭缝而不沿直线传播的现象。

最终给微粒说以致命打击的是对光速值的精确测定。当年惠更斯的学说中很重要的一点就是在解释光的折射现象时，对于水中光速的假设与牛顿是截然相反的。到了19世纪中叶，法国物理学家菲索和付科，分别采用高速旋转的齿轮和镜子，先后精确地测出光在水中的传

播速度只有空气中速度的四分之三，这又一次证明了波动说的正确性。于是，波动说终于取得了稳固地位。

后来麦克斯韦建立了光的电磁理论，赫兹也随即证实了电磁波的存在，波动说因此全面压倒微粒说。正当此时波动说在欢呼胜利，以太被美国物理学家迈克尔逊和莫雷证明是不存在的，没有了传播媒介以太，波动说便站不住脚了。

而光电效应的发现，使微粒说再次进入大家的视野。所谓光电效应，指的是光照射到某些物质上，会引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这从波动说的观点来看，是无法解释的，于是至此，波动说完全陷入了困境。

然而每件事总会有个结局，关于微粒说和波动说的争论亦是如此。进入了20世纪，爱因斯坦运用光量子说将微粒说和波动说的完美结合起来。他指出：“光——同时又是波，又是粒子，是连续的，又是不连续的，自然界喜欢矛盾……”，这一思想充分体现在他的光量子理论的两个基本方程E＝hν和p＝E/c＝h/λ中，把微粒说和波动说紧密地联系在一起。

争论了几个世纪的关于光的本性的争论终于被完美解决了，然而这是不是最终答案，我们还不知道，我们只知道，在这充满波折的辉煌物理学史背后，是人类对自然界的不断探索和认识，伟大的人物创造者伟大的历史，这一切，将永远被人类所铭记。