光的本性

泰山学院

本科生毕业论文(设计)

浅谈对光的本性的认识

所在学院物理与电子工程学院

专业名称光信息科学与技术

年级二〇一〇级

学生姓名、学号闫盛任2010080139 指导教师姓名、职称鲁晶讲师

完成日期二〇一四年五月三十日

摘要

光学是物理学中一门很古老的基础学科，也是至今物理学领域最活跃的前沿之一。然而光学也是通过一场磨难和斗争才发展起来的，它的历史被看成自然科学史的典范，对光本性认识的争论是光学发展的主要驱动力。

没有光就没有我们这个缤纷多彩的世界，然而光的本性是什么呢?对于这个问题人们很早以来就有不同的认识，人类对光本性的认识却有一段非常曲折的历史。因此，本文通过对光本性认识历程介绍，进一步深化及完善对光的本性的认识，更好的理解光的波粒二象性。

关键词:光本性，微粒说，波动说，波粒二象性

ABSTRACT

Optical physics in the more ancient a basic discipline, and is currently one of the most active frontier areas of physics. However, also after an ordeal and optical struggle was developed, its history is the history of natural science as a model for understanding the nature of light is one of the main arguments of optical power development.

It is because the light only the achievements of our colorful world, and what is the nature of light is? Since ancient times, people on this issue have different understanding of the nature of human understanding of light there for a tortuous history. Therefore, this paper describes the process of understanding the nature of light, wave-particle duality to deepen understanding of the nature of light, a better understanding of light.

Key Word : Light nature, Corpuscular theory, Fluctuations says, Wave-particle duality

目录

1引言 (1)

1.1对光本性认识的背景 (1)

1.2对光本性认识的意义 (1)

2对光本性的认识历程 (2)

2.1光学的早期发展 (2)

2.2光的波动说 (2)

2.2.1 胡克指出光的波动性 (2)

2.2.2 惠更斯原理，发展了光的波动学说 (3)

2.3光的微粒说 (3)

2.4光的波动说的复兴 (4)

2.5光的电磁理论 (4)

2.6光的量子理论 (5)

2.7光的粒子说 (6)

2.8光的波粒二象性 (6)

3对几个问题的讨论 (8)

4几点有益的启示 (10)

参考文献 (11)

致谢 (12)

1 引言

1.1 对光本性认识的背景

光的本性是一个古老物理问题，也是一个困难的物理问题，更是一个非常重要的基础物理问题，它有长达350年的历史。17世纪中期形成两种对立的学说，一种是以牛顿为首的微粒说，另一种是以惠更斯为首的波动说。后来，一些著名的物理学家，包括爱因斯坦为之付出了长期的努力。回顾光学的发展过程，每个时期对光本性的认识都是片面的，受到很多条件的影响，对光本质的认识是一个不断深化的过程。

光学是人类较早用来认识和改造自然界的科学之一，它在科学与技术的发展史上占有重要的地位，近50年来，它以令人炫目的发展速度以及和其他科学技术的广泛结合，使这门古老学科焕发出新的活力，随着光学的高速发展，如光学与生物技术的结合，光电子技术和信息光学技术的发展，激光的出现及应用等都使光学成为至今世界上备受关注的，有多学科交叉的新兴前沿研究热门领域[1]。

1.2 对光本性认识的意义

随着光科学技术的不断发展，光的应用也渗入到生活的方方面面，光能更引起人们的关注，在激光问世之后，光学这门古老的学科迅速发展。不但对几何光学、物理光学的内容作出了补充，也形成了很多新的学科分支，如光谱学、生物光学、信息光学、应用光学和量子光学等[1]，使得对波动现象的研究层次越来越高、越来越深奥，加深了学科知识，推动了自然科学的发展。在上世纪初，量子论和相对论的诞生是对光本性讨论的直接结果。继续深化量子论和相对论的理解和认识，能够促进新的学科的发展，我们希望这两个理论能够对光的本性的认识带来突破性的进展，能够促进物理学基础性改革。

2 对光本性的认识历程

2.1 光学的早期发展

古希腊时代就开始对光进行了探索，古希腊的学者对视觉进行思考，认为视觉是由物体表面发出的一些粒子进入眼睛时产生的。而古希腊伟大的思想家亚里士多德认为[2]：视觉的产生是由于介质作用，物体使介质发生变化，它进入人眼时，人就可以看到了。所以，没有中间介质的作用，人就看不到任何东西。这是波动说思想的起源。

1604年，刻卜勒对光的一些现象产生了极大的兴趣，最终他对光的直射现象、反射现象和视觉作了初步介绍。1620年，斯涅尔开始研究几何光学的现象，最终发现了几何光学的两条基本定律[3]：反射定律和折射定律，它对光学的发展奠定了初步的基础。

1637年，法国物理学家笛卡儿提出了光的性质的两个假说[4]。一种假说是：光就像微粒的一种物质；另一种假说是：光是一种以“以太”为媒质的压力。尽管笛卡儿强调媒介对光的影响作用，但这两个假说为微粒说和波动说的形成埋下了伏笔。以笛卡儿和斯涅尔两人的光学成果为代表，几何光学和物理光学在17世纪初期已奠定初步的基础。

2.2 光的波动说

2.2.1 胡克指出光的波动性

1655年，意大利的格里马第首先在实验室里看到了光的衍射现象，这是光的波动理论的萌芽。1665年，胡克的《显微术》一书中提出光是一种振动[5]。他举出两个石块相互摩擦在黑暗中会发光的现象，提出相互摩擦的一部分应该处在运动之中，由于石块非常坚硬，确定了光的振动是很短的。胡克在分析光的传播时，提出了光的速度大小是有限的，在均匀介质中，这种运动以相同的速度向各个方向传播，因此发光体的每次振动成球面向四处扩散，就像物体投入水中由中心点向四面八方所形成的圆圈一样，而球面和射线以直角相交。胡克还对薄膜颜