公元1600年以来，人类对光的本性进行了不懈的探索。光的波动说与微粒说各领风骚上百年。它们之间除了激烈论战的一面外，还有相互吸收的另一面。经过不断努力，人们最终认识到“波粒二象性”才是光的本性。在这个过程中，惠更斯、牛顿、托马斯·杨、菲涅耳、麦克斯韦和爱因斯坦等众多科学家做出了卓越贡献。 联合国教科文组织（UNESCO）将2015年定为“国际光年”（International Year of Light），将一系列与光有关的重大历史事件进行关联，其目的是增加人们对光科学及其应用成就的了解，为人类在能源、教育、农业、通信和健康等领域所面临的挑战提供解决方案。 光学研究的起源 1000年前（1015年），出生于今伊拉克巴士拉城（Basra）的阿拉伯物理学家伊本•海赛木（Ibn Al-Haytham，约965—约1040）发表了《光学之书》（Kitābal-Manāzir），不仅系统阐述了失传已久的古希腊光学知识，而且加上了他在透镜的放大效应、大气折射方面的见解，为文艺复兴和科学革命做了知识储备。200年前（1815年），法国外省工程师、物理学家菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel，1788—1827）吸收了光波动学说创始人惠更斯（Christiaan Huygens，1629—1695）的次波概念，复兴并完善了光的波动学说。150年前（1865年），英国物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879）预言了电磁波，认为光就是电磁波。100年前（1915年），爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）创立了广义相对论，指出光线受到引力场的作用会发生弯曲。在此之前的1905年，他用光量子概念成功地解释了光电效应。50年前（1965年），彭齐亚斯（Arno Penzias，1933— ）和威尔逊（Robert Wilson，1936— ）预测了宇宙微波背景辐射，同年高锟（Charles K. Kao，1933— ）在光导纤维通讯领域取得了革命性的突破。 几千年来，人类一直在寻找光的本质。光究竟是什么，它是如何产生的，它的构成如何？这些问题一直困扰着人们。从神的隐喻到科学分析，经历了漫长曲折的过程。古希腊哲学家就在思考“光的直进、折射和反射”等问题。恩培多克勒（Empedocles，约公元前490 年—前430 年）就是其中的典型代表。我国古代《墨经》中也有不少关于光学现象的论述。而真正对光的本质进行科学探讨，是从1600年左右开始的。法国哲学家笛卡儿（René Descartes，1596—1650）系统地阐述了关于光的本性的观点。之后，惠更斯、牛顿（Isaac Newton，1643—1727）、托马斯•杨（Thomas Young，1773—1829）、菲涅耳、麦克斯韦和爱因斯坦等众多科学家前赴后继，做出了卓越贡献。光学从几何光学、物理光学发展到量子光学的过程中，也极大地推动了物理学其他领域的发展。”在整个物理学发展中，还没有任何一个课题，能像对光的本性的研究那样，意义巨大，影响深远，为物理学开拓出这样多的新境界。”[1] 历史上，以牛顿、拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace，1749—1827）、毕奥（Jean-Baptiste Biot，1774—1862）等为代表的光的微粒派，和以惠更斯、托马斯•杨、菲涅耳等为代表的波动派之间展开了多个回合的论争。两大阵营大将辈出，互有胜负，各领风骚上百年。这段历史也是史家之最爱，为了强调冲突的戏剧效果，往往将双方的对峙说成是阵线分明，你死我活。这与史实相差甚远。本文从波澜壮阔的历史中选择了三个典型阶段，试图通过展示其中被忽视的部分，还原真实曲折的研究过程，彰显科学研究成果得到承认之不易。 微粒说与波动说之争 笛卡儿首先提出了关于光的本性的两种假说：光是类似于微粒的一种物质；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] 无论惠更斯还是牛顿，都是从笛卡儿的学说出发，在吸收并最终抛弃笛卡儿的思想基础上形成两大对立的流派——微粒说（emission theory, or corpuscular theory）和波动说（undulatory theory, or wave theory）。 微粒说是原子论（atomism）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（Epicureanism）及其原子论的机械哲学（mechanical philosophy）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] |
