光的本性之争光是粒子还是波.PDFVIP

1 光的本性之争： 光是粒子还是波？ “量子”这个概念最早源自科学家对光的认识，所以就让我们从光的 性质说起吧。 自古以来太阳就是人类膜拜的对象。阳光是人类必不可少的生命源 泉，但人们对于光到底是个什么东西却说不清楚，所以古人只好把太阳当 作神灵来崇拜，把太阳作为光明的象征，也把太阳看作是世界的统治者。 在很长一段时间内，人类对光的认识只限于某些简单的现象和规律 描述，例如，战国时期的《墨经》中记载了投影、小孔成像等光学现象； 古希腊学者欧几里得的《反射光学》论述了光在传输过程中的直线传播 原理和光的反射定理。 随着科学的发展，人们逐渐开始以科学的方法来研究光，并发现了 反射、折射等一些基本的光学现象。到了 17 世纪，人们开始研究光的本 性，但对于光的性质却发生了似乎是水火不容的争论：牛顿认为光是一种 粒子，而惠更斯却认为光是一种波。 1.1 惠更斯的波动学说 荷兰物理学家惠更斯认为，如果光是一种粒子，那么光在交叉时就 会因发生碰撞而改变方向，可人们并没有观察到这种现象，所以粒子说 是错误的。他认为，光是发光体产生的振动在“以太”中的传播过程， 以球面波的形式连续传播。当时人们认为以太是充满了整个空间的一种 弹性粒子，当然，现在已经证明这是一种子虚乌有的东西。惠更斯认为， 001 以太波的传播形式不是以太粒子本身的移动，而是以振动的方式传播。 宙 宇 到 子 量 从 1690 年，惠更斯出版了《光论》一书，阐述了他的光波动原理。他指出： “光波向外辐射时，光的传播介质中的每一物质粒子不只是把运动传 给前面的相邻粒子，而且还传给周围所有其他和自己接触并阻碍自己运 动的粒子。因此，在每一粒子周围就产生以此粒子为中心的波。” 惠更斯在此原理基础上，推导出了光的反射和折射定律，解释了光 速在光密介质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折 射现象（1669 年，丹麦学者巴尔托林发现了此现象，透过它可以看到物 体呈双重影像）。 惠更斯的波动学说虽然冠以“波动”一词，但他把错误的“以太” 概念引入波动光学，对波动过程的基本特性也缺乏足够的说明。他认为 光波是非周期性的，波长和频率的概念在他的理论中是不存在的，所以 难以说明光的直线传播现象，也无法解释他发现的光的偏振现象。惠更 斯的光学理论只是很不完备的波动理论。 1.2 牛顿的粒子学说 牛顿则坚持光的粒子说。他做过很多光学实验，其中就包括著名的 三棱镜色散实验。其实这个实验在他之前就有人做过，不过做得不好， 只获得了两侧带有颜色的光斑，而牛顿则获得了展开的光谱。而且他用 各种不同的棱镜以及不同的组合方式严谨地研究了色散现象，所以不少 人都认为色散现象是他最早发现的。 牛顿认为，既然光是沿直线传播的，那就应该是粒子，因为波会弥 散在空间中，不会聚成一条直线。最直观的实验证明就是物体能挡住光而 形成阴影。他在1675 年12 月9 日送交英国皇家学会的信中鲜明地指出： “我认为光既非以太也不是振动，而是从发光物体传播出的某种与此 002 不同的东西……可以设想光是一群难以想象的微小而运动迅速的、大小 不同的粒子，这些粒子从远处发光体那里一个接着一个地发射出来，但 1 我们却感觉不到相继两个粒子