阳光直射到地球，白天的世界便明亮起来；月光反射到地球，晚 上的世界也不再黑暗。光使我们的世界变得清晰可见，人们对光的本 性的探索也从未停止。 

阳光直射到地球，白天的世界便明亮起来；月光反射到地球，晚 上的世界也不再黑暗。光使我们的世界变得清晰可见，人们对光的本 性的探索也从未停止。 

3000 多年前，人类便已经开始对光学现象进行了研究；2000 多 年前，古希腊便已经诞生了第一本光学的系统性著作；战国时期的中 国，《墨子》中也记录和研究了“小孔成像”的现象。近代以来，以伽 利略建立“以实验为依据总结、定量描述客观规律”的思想方法为分 界点，关于光学的研究的浪潮更是一浪超越一浪，而在对光学的研究 中，科学家们始终绕不开也最感兴趣的一个话题就是光的本性。 

对光的本性，从牛顿的粒子说与惠更斯的波动说之争以牛顿的权 威获胜，到托马斯 · 杨与麦克斯韦等人分别从实验和理论上证明了波 动说，再到普朗克对黑体辐射的研究让粒子说与波动说之争风云再起， 最终由爱因斯坦对光子的研究让粒子说“死灰复燃”，光的本性终于 被人们所充分的认识。经过几个回合各有胜负的交手，我们终于知道， 粒子说和波动说都是正确又不完全正确的，光具有波粒二象性。 

惠更斯最先提出了较为完整的关于光的本性的理论体系，成为了 光的波动说的开山鼻祖。同一时代的牛顿，基于运动学定律，则提出 了光的微粒说。无论是惠更斯的波动说还是牛顿的微粒说都是不完善 的，惠更斯的理论无法解释光向前传播与光的衍射现象，牛顿的理论 也同样无法适用于折射与衍射的研究。但鉴于牛顿在物理学上的伟大 成就，牛顿拥有的惠更斯无法比拟的声誉，牛顿至高无上的权威，微 粒说并没有迎来其他的挑战者，被人们自然而然地接受。 

在波动说扳回一程的比赛里，托马斯·杨、赫兹在实验上做出了 巨大贡献，菲涅尔、麦克斯韦则在理论上做出了巨大的贡献。托马 斯·杨在 1801 年完成的双缝干涉实验说明衍射光波遵守叠加定理， 牛顿的微粒说的支持者们无法对这一现象做出合理解释，恰恰相反的 是，这是光的一种波动行为，第一次次深深地动摇了粒子说的根基。 而接下来的近百年时间里，才是波动说大放异彩的时刻。菲涅尔在 1818 年提出的惠更斯——菲涅尔原理，完美地解释了光波向前传播和 衍射现象，解决了惠更斯理论中的不足之处，光的波动说逐渐开始占 据主动。1873 年麦克斯韦方程组的提出震惊了世界，虽然现在简洁的 四个方程是由吉布斯和赫维赛德在 1884 年重新整理，但麦克斯韦的 方程组仍然解释了所有关于电和磁的现象。由麦克斯韦方程组导出的 电磁波的波速与光速同为 c，让我们不得不相信光本身就是一种电磁 波。而赫兹在实验中实际观测到的麦克斯韦预言的电磁波，则是彻底 钉上了微粒说的棺材板。 

当光的波动说俨然成形，完整的理论体系大厦已稳稳建起，共振 荧光，黑体辐射，光电效应却依次向波动说发难。爱因斯坦最大的成 就也许是广义相对论，但让他获得诺贝尔奖殊荣的正是他对光电效应 的研究，爱因斯坦通过提出光子的概念解决了光电效应这一无法解释 的问题，也帮助微粒说重新回到赛道。人们最终认识到，光既是波， 也是场，光具有波粒二象性。不过，按照更精确的说法，光波应该被 称为光场。当光表现为波时，光是一种自持波，不需要介质，这是场 的性质，也是区别于机械波之处。而当光表现为粒子时，则是没有静 止质量，速度恒为 c 的微粒。 

经历了粒子说的胜利，到波动说反超大获全胜，再到粒子说重提。 在几百年的历史里，众多牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦等赫赫有名、如 雷贯耳的科学家在孜孜不倦地探索光的本性，也正是基于光的本性的 探究，对于量子力学的建立也奠定了不可忽视的基础。经历了漫长曲 折的过程，人们终于认识到光的波粒二象性。微观上的个体光子，主 要表现出粒子性，而宏观上的海量光子，则主要体现出波动性。光既 是粒子，也是场。

王维涵-光的本性.pdf