光究竟是粒子还是波,牛顿和胡克竟为此结怨

古人对光的理解提到这个问题，我估计可能会有人说光不就是电磁波吗？可是，真的是这样吗？可见光真的只是波长在～nm之间的电磁波吗？让我们追随科学家对光本性的研究历程，去体会一下，科学家是如何一步一步接近真理的。那到底什么是光呢？我们的神话故事中，太阳是帝俊与羲和生的孩子，本来有10个，被后羿射下来9个，剩下了一个，每天定时定点出来照耀大地。还有人将黑暗与光明分为事物的两个方面，认为光明与黑暗是客观存在的，并没有真正考虑过光到底是什么。人们真正地去了解并研究光是古希腊时候的事儿了！刚开始人们猜想：人能够看见东西，是因为从眼睛里发出的光照到了物体，因此，这个物体被人给看见了！很明显，这个猜想是错误的：既然我们的眼睛能够发光，那么，我们晚上也应该能够看见东西呀，可是为什么我们只能在白天能看见东西，而晚上看不见呢？于是又有人认为，会不会是物体自己发光呢？答案也很明显，如果任何物体都能发光，晚上，我们的桌椅板凳怎么看不见呢？大家可以顺着物体发光这个思路稍微往前推一步，你想到了什么？此处思考10秒钟！是不是只有特定的物体才可以发光呢？是的，只有特定的物体才能够发光？能够发光的物体，我们叫他“光源”。能不能继续向前再走一步？你会提出什么疑问？火把点燃之后有了光，我们就能看见周围的物体、太阳出来之后有了光，我们就能看见更大范围的物体。这个很好理解，因为太阳光更强一些。为什么有了光之后我们就能看见物体？而没有光的时候我们看不见任何物体呢？是的，光源发出的光经过了物体的反射，进入人眼，被人给看到了！在我们今天看起来顺理成章的事儿，古人可是费了老劲儿了。欧几里得是古希腊数学家，“几何学之父”，他在《光学》中假设光沿直线传播，并用数学方法阐述了“光的反射”问题，他认为光不可能是从眼睛发出的，比如我们看见远方的山，抬头就能立马看见，如果是从眼睛发出的，光得传播多么快？那看见星星呢？这总得需要传播时间吧，所以，他觉得应该是光进入人眼，而不是人眼发出光！公元年左右波斯科学家阿尔哈桑提出因为物体反射的光线进入人眼才被人给看到了、光总是沿着直线传播的，他还提出了“小孔成像”来支持他的观点。既然发现了光是沿着直线传播的，还能进行反射，如果让你说光到底是什么？你怎么认为呢？当然了，根据生活经验，只有像台球、玻璃珠这样的刚体碰到物体，才会被反射弹开，于是，人们认为：“光是一种细小的粒子流”这也就是早期对光本质到底是什么的第一种解说：“微粒说”。等人们对自然界的认识进一步加深之后，年意大利数学家格里马第发现光在经过小孔之后会形成像水波经过小孔一样的衍射现象，他马上意识到，光不是“粒子流”，而是像水波一样，向外传递振动形式的一种波动，这就是早期的“波动说”的来源！有了“波动说”，“粒子说”当然不高兴了。粒子说：光如果是一种波动的话，为什么不能像声音一样绕过障碍物？为什么我们站在一堵墙后面能听见对面的人说话而不能看见不见那个人呢？波动说：光绝对不是粒子，如果是粒子，为什么两束光撞到一块儿没有弹开？到底谁对谁错呢？谁也说不明白！到了年，波义耳发现了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹，认为物体的颜色可能不是物体本身的性质，而是光照射在物体上产生的效果。作为波义耳实验助手的胡克对此产生了兴趣！他通过对肥皂泡膜的颜色的观察，在年提出了“光是以太的一种纵向波”的假说，胡克认为光的颜色是由其频率决定的。胡克当时是英国皇家学会的会员、也是实验室管理员！有了他支持，“波动说”也在瞬间成为一种主流解释！年，艾萨克·牛顿牛顿用三棱镜将太阳光分解为彩色光带，又在后面放了另一个三棱镜，将彩色光复合成白光。这个实验的成功使牛顿认识到白色的阳光确具有复杂的成分，它是由七种不同颜色的光组成。年，30岁的牛顿将这一发现写成论文，名字叫《关于光与色的新理论》，提交到了英国皇家学会，这是他入选英国皇家学会会员后的第一篇正式科学论文，他认为光是由非常奥妙的微粒组成，光的分解和复合就如同七种颜色微粒的混合和分开，其实这也就是光的“微粒说”，这可以非常合理地解释光的直线移动和反射性质，不过，不能很好地解释光的衍射现象，所以，牛顿既没有完全肯定“微粒说”也没有明确反对“波动说”！时任英国皇家学会评议员的胡克看到了牛顿的文章，对他进行了猛烈的抨击，认为牛顿的实验是窃取的年自己用肥皂泡研究光的实验的思想，并不是牛顿的原创，而且牛顿提出的光是由微粒组成的，根本就是无稽之谈、哗众取宠、不值一提！由于生活背景的影响，牛顿本来就是一个寡言少语、性格孤傲、呆板固执的人，他还有孤独症，不会跟别人交往，不懂得处理人际关系，缺乏度量，并不与人为善。现在不仅有人全盘否定他，竟然还说他窃取别人的思想，这怎么能忍呢？牛顿一气之下就撤回了自己的论文，并表示不会再发表任何科学论文，还差点退出了英国皇家学会，本来牛顿还并没有明确自己到底是否反对“波动说”，可是胡克整这么一出，直接将牛顿推给了“微粒说”，自此以后，牛顿直接站在了“微粒说”一边，并直接反对“波动说”，并在以后几次论文中，对胡克的“波动说”进行了反驳，但是，由于胡克当时的地位与名气，“微粒说”并没有实质性的进展！虽然这次事件看似以胡克的胜利而告终，“波动说”一时占了上风，但是，在牛顿的心里可是埋下了一颗仇恨的种子！年，荷兰物理学家惠更斯在他发表的《光论》一书中阐述了他的光波动原理，认为光是一种机械波，用他的理论证明了光的反射和折射定律，也解释了光的衍射、双折射现象和著名的“牛顿环”现象，一时间，惠更斯也成为支持“波动说”的一员大将。在此期间，牛顿转移了战场，一直在潜心研究运动学跟力学，并没有在光学领域跟胡克做过多的纠缠，并于年发表《自然定律》。直到年，也就是胡克去世的第二年，牛顿才发表了他的另一巨著《光学》，在本书中，牛顿从粒子的角度解释了“薄膜透光”、“牛顿环”、“衍射”等等现象，并将“粒子说”与他的力学体系结合在一起，使“粒子说”有了无法抗拒的魔力，他还在书中严厉批判了“波动理论”，并且用“光不能绕过障碍物”来反对波动理论！因为当时的牛顿已经是国会议员、英国皇家学会会长，又是经典力学的创始人，在物理学界有着无与伦比的崇高地位，以牛顿的权威性，光的“粒子说”很快就成为了光的主流解释，“波动说”倾刻之间烟消云散！自此之后，“微粒说”一直成为光本性的主流学说被物理学界所认可！“波动说”直到一个世纪后的年，才被一个叫做托马斯杨科学家用“光的双缝干涉实验”所唤醒！

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