辩证法对于光的波粒二象性理论成型的意义

辩证法对于光的波粒二象性理论成型的意义

摘要：本文基于光的波动说和微粒说的辩证思维的交互碰撞历史，阐述了辩证法三大规律对于光的波粒二象性理论成功建立的重要意义。

关键词：波动说微粒说光的波粒二象性辩证思维辩证法三大规律

1.引言

光与人类的生活有着密切的联系，人们借助光来观察世界和从事劳动。早在两千多年前，中外古人就对光的直线传播、反射和折射现象进行了研究。关于光的本性问题，笛卡儿在《方法论》之《折光学》中提出了两种假说：一种假说认为，光是类似于微粒的一种物质；另一种假说认为，光是一种以“以太”为媒质的压力[1]。他的这两种假说为后来以牛顿为代表的“微粒说”和以惠更斯为代表的“波动说”的两大对抗阵营的形成埋下了伏笔，这两种表面看似矛盾的学说也成为当前所公论的光具有“波粒二象性”的理论基础。光的波粒二象性理论成功建立，辩证法的三大规律始终伴随着整个过程。自然辩证法的基本精髓也要求物理学家从事实材料出发，弄清事物的现象与本质，不断探索研究，根据已知，探索未知，从中创造出新知，最终得出正确的科学理论。

2.光的波动说与微粒说的两次交锋

2.1 光的波动说与微粒说第一次交锋

波动说与微粒说的第一次交锋由“光的颜色”这根导火索引燃，从此英国物理学家胡克与牛顿之间展开了漫长而激烈的争论。胡克通过对肥皂泡膜颜色的观察提出了“光是以太的一种纵向波”的科学假说，并据此认为光的颜色是由其频率决定的。但是，牛顿却否同胡克的看法。1672年，牛顿的光色散实验：让阳光通过小孔照在暗室里的棱镜上，在对面的墙壁上会得到彩色光谱。他阐述了光的颜色理论，认为光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。

之后，以胡克为主的英国皇家学会评议委员会对牛顿提交的论文《关于光和色的新理论》基本上持以否定的态度。1675年牛顿在《说明在我的几篇论文中所

谈到的光的性质的一个假说》一文中，再次反驳了胡克的波动说，重申了他的微粒说。

但这时的牛顿和胡克都没有形成完整、系统的理论，因此波动说和微粒说之间的交锋没有以某一方的胜利而告终，只是暂时休战。但科学争论继续存在，物理学家就会孜孜不倦寻个水落石出，这也是辩证法的精神所在，科学理论最终会在不断的探索中成熟[2]。

2.2 光的波动说与微粒说第二次交锋

波动说的支持者—惠更斯继承并完善了胡克的观点。他仔细研究了牛顿的光学实验和格里马第实验，并提出了光是一种机械波：光波是一种靠物质载体来传播的纵向波，传播它的物质载体是“以太”；波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源[3]。惠更斯以波动说证明了光的反射定律和折射定律，也成功解释了光的衍射、双折射现象和“牛顿环”实验。

与此同时，牛顿修改和完善了《光学》。牛顿一方面提出了两点反驳惠更斯的理由：第一，光如果是一种波，就应同声波一样可以绕过障碍物，不会产生影子；第二，冰洲石的双折射现象说明光在不同的边上有不同的性质，波动说无法解释其原因。另一方面，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[4]。

3.光的波粒二象性

任何理论的真假，必须由实践来检验。那么光究竟是波，还是微粒呢？这是物理学的难题，也是哲学问题。

随着科学技术的发展和认识手段的丰富，以及辩证法的三大规律的支配，波动说和微粒说经历了多次的此消彼长，最终以波动说和微粒说的辩证统一，即形成波粒二象性理论而宣告结束。1905年3月，爱因斯坦发表了《关于光的产生和转化的一个推测性观点》。他认为对于时间的平均值，光表现为波动；对于时间的瞬间值，光表现为微粒性。提出，光既有波动性又有微粒性，即光的波粒二象性，这才是光的本性。

4.辩证法三大规律对于光的波粒二象性的辩证思维意义

辩证法三大规律，即对立统一规律、量变质变规律、否定之否定规律。辩证法规律，主要揭示本质自身中的矛盾具有的特点，因此，它不是停留在具有直观

性的矛盾现象上，而是上升到本质自身内部的矛盾两方面，即上升到本质高度把握客观存在的现象联系。在辩证法的三大规律中，基本规律、核心规律是对立统一规律，其他两个规律都是对立统一规律的展开形式。因此，三者之间不是并列的关系，而是一分为二的关系[5]。辩证思维最基本的特点是将对象作为一个整体，从其内在矛盾的运动、变化及各个方面的相互联系中进行考察，以便从本质上系统、完整地认识对象。辩证思维的实质就是按照唯物辩证法的原则，在联系和发展中把握认识对象，在对立统一中认识事物。辩证法把自然界的本质和发展规律作为研究对象，从整体上研究自然界存在和演化的根本性质和普遍规律[6]。下面我将从两个方面阐述光的波粒二象性的辩证思维意义。

4.1从波动说和微粒说的局限性方面，阐述光的波粒二象性的辩证思维意义

牛顿用微粒说成功解释光的直线传播、反射和折射现象。但微粒说无法解释在空间几束交叉的光线能互不干扰独立传播的现象，以及光的衍射、折射现象和“牛顿环”实验。相对立的是，惠更斯用波动说不但解释了在空间几束交叉的光线能互不干扰独立传播的现象，而且解释了光的反射和折射现象。但微粒说和波动说都不完善，各有支持者。最后，爱因斯坦提出光量子说，巧妙地把微粒说和波动说结合在一起，并辨证地指出：“光既是波，又是微粒，是连续的，又是不连续的，自然界喜欢矛盾……”

牛顿用微粒说不能解释的一些光学现象和惠更斯的波动说的很不完善的解释，说明当时他们没有运用全面的观点去考察研究对象，即从时空整体上全面地考察研究对象的横向联系和纵向发展过程。爱因斯坦光量子理论把微粒和波紧密地联系在一起，充分的说明了爱因斯坦从辩证思维方法来阐述光的波粒二象性。

由此说明，从辩证思维来研究自然科学的问题，是必要的而且是不可或缺的。

4.2从波和微粒的本质方面，阐述光的波粒二象性的辩证思维意义

微粒是物质的质量和能量在空间的集中，其有明确界面和确定位置，微粒的运动具有一定的轨道。而波是物质的能量在空间里的连续分布，其运动状态具有周期性，不同的波相遇时，服从叠加原理，在一定的条件下可以相互抵消，或者相互加强。所以在经典物理学中，微粒和波是两种完全不同的物质形态，是互相对立的。微粒性属于实物，波动性属于场[7]。

十九世纪发现了场之后，证实和丰富了辩证唯物主义的内容，深刻地说明了