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光性质的探索历程

摘要：几千年来，人类对光——这一日常生活中应用广泛的物质的性质进行了不懈的探索。光的波动说与微粒说争论数百年之后，人们最终认识到“波粒二象性”才是光的本质。在对光的本质有了越来越科学系统的了解之后，光被人类更好的加以利用，微观世界的发展也注定了人们对光的研究将越来越深入。

关键词：光本质探索应用

一．早期的光学认识与探索

人类对于客观世界的认识，首先依赖于人类身体的感知，比如，视觉。可以说，人类感知到的外部世界的整个知识中，绝大部分依赖于视觉器官，眼睛。现在我们知道，视觉的感知，是由光实现的。而远古时期的人类，例如古希腊人天真的以为，眼睛看见东西是因眼睛发出某种触须去触碰东西，汉语中也存在目光，视线这样的词语。光究竟是什么，它是如何产生的，它由什么构成？几千年之前人们就已开始思考这些问题。

在我国古代与古希腊，逐渐形成了到现在依然正确的一些概念，诸如光是从某些物体发出或被某些物体反射，而被我们的眼睛看见的。人类文明史上最早对光学现象进行记载，可能是我国战国时期（公元前475-前221年）的《墨经》。其中论及影的定义与生成；光与影的关系；光的直线传播；光的反射现象；物体阴影大小与光源距离的关系；平面凹面与凸面反射镜的成像等。亚里士多德首先对视觉与眼睛做出了全面的分析，提出一种一直影响到17世纪的光的理论。流传下来的欧几里

得的《光学》与《反射光学》从定义出发，给出的反射定律可能是人类在光学领域中发现的第一个定量的定律。

在中世纪蒙昧主义的时代，几乎所有的原始宗教都在各自创世纪的神话中凸显光的原始与信仰的力量，伴随着中世纪后期大学的出现与阿拉伯传播而来的亚里士多德思想，理性与信仰才分道扬镳，光的理性认识得以重新被人们所重视。[1] 从16 世纪到18 世纪近300年的时间里,人们建立了完备光的反射定律和折射定律。发明了光学仪器,如望远镜、显微镜等。至此，人们已经对光的几何性质有力比较清楚地认识，获得了光的直线传播，反射定律与折射定律等基本定律。进一步，人们开始思考光是什么的问题。

从1600年左右开始，人们开始对光进行真正意义上的探索。法国哲学家笛卡儿在《折光学》中系统地阐述了关于光的本性的观点，提出两种假说。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。“光在本质上是一种压力，在一种完全弹性的、充满一切空间的媒质（以太）中传递”。[2]这两种假说为之后的微粒说与波动说的争论埋下了伏笔。

二．波动说与微粒说之争

1.波动说的产生

1655年，格里马第在实验中让一束光穿过两个小孔后照在暗室里的屏幕上，他发现在投影的边缘有一条明暗相间的图像，于是他联想到水波的衍射，提出“光可能是一种类似水波的波动。”他还认为，物体颜色的不同，是因为照射在物体表面光波的频率不同引起的。

格里马第的实验引起了英国物理学家胡克的重视，胡克重复了格里马第的工作，并仔细观察了光在肥皂泡里映射出的色彩以及光通过薄云母片而产生的光辉。胡克判断，光必定是某种快速的脉冲，提出了“光是以太的一种纵向波”的假说，同时他也认为光的颜色是由其频率决定的 2．微粒说的产生

笛卡儿最早提出光的微粒模型，后来牛顿成为微粒说的代表人物。他们认为光是一种微粒流，微粒从光源飞出来，在均匀介质内遵循力学定律做等速直线运动。微粒说能够解释光的直线传播、光的反射和折射定律。 3.波动说与微粒说的对立

牛顿和惠更斯，从笛卡儿的学说出发，在笛卡儿的思想基础上形成两大对立的流派——微粒说和波动说。

微粒说是原子论的一个变种。17世纪初，一直占据统治地位的亚里士多德哲学已经千疮百孔，自然哲学家们试图寻求一种新的学说来代替它。1610—1650 年，一种源于伊壁鸠鲁学派及其原子论的机械哲学流行起来。按照机械哲学，宇宙就是某种类型的机械装置，宇宙中的一切，包括一个人的身体、精神和心灵都由众多运动着的非常小的颗粒构成。[3]光的微粒说类似于原子论，但两者又有所不同。在原子论中，原子本身是不可分的，而在微粒说中，微粒原则上是可分的。微粒是单一的、无限小的，具有形状、大小、颜色和其他物理性质。光就是由这些微小的离散颗粒组成，以光速并带有冲力沿着直线行进。按照这种设想，光的直线传播、反射、折射、镜面成像、透镜成像等光学现象都不难解释。[4]