光的发展史 在很早很早以前,有一本名为《圣经》的书里有这样一句话:崐神说,要有光,就有了光。这句断言把光的全部问题一笔勾 消,崐因为这句话的意思是:光亮不过是黑暗的反面,是让人能看见东崐西的环境。可是古希腊人确认为光具有客观现实 性,是一种象从水龙头射出的水那样从人们的眼睛射岀的东西。我们之所以能看崐见物体就是靠从眼睛里射岀的一束这样的 光击中了这个物体。这个说法从而解释了为什么我们睁着眼能看见物体但闭着眼却看不见了这一事实。不过,在黑暗的地 方,为什么我们的眼睛睁的再大也看不见东西呢? 毕达哥拉斯对此提出了一种新的理论:光是由发光体向四面八方射出的一种东西,这种东西碰到障碍物上就立刻被弹开。如 果它偶然进入人的眼睛,就叫人感觉到看见使它最后被弹开的那个东西。 这种理论虽然有点符合经验事实,但光的问题根本没有因这种理论而得到解决。科学上的毎一样新发现都带来一大堆新问 题。就光而言,从发光体发出的光是怎样跃过空间进入人的眼睛里?光是凉的还是热的?它动不动?它动的有多快? 这就出现了两种理论 光的粒子说:光是由亿万个光子或"微粒"组成的,光子由发光体向各个方向射出好象一颗不断爆炸的炸弹的碎弹片。 光的波动说:光可以象波那样运动,把它的信息从一个地方带到另一个地方。但是,这种学说的困难在于一个波动并不仅仅 是一个波动,因为波的传播需要媒质光能够在真空中传播,那么,真空中有媒质吗?如果有某种物质性的东西充满真空那它 就不是真空。这就是说,由于缺少一种媒质好让我们所讲的波能在里面崐波动,就得残酷地拋弃这种大有前途的理论?不! 个科学家也不会这样做。科学家惊人的想象力稍微发挥一下,就很容易地解崐决了这个问题:宇宙空间充满了一种无处不 在、又看不见摸不着的非物质性的媒质一以太。光就是在这种媒质(以太)中传播 这就有了两派彼此抗衡的光的学说:微粒说和波动说。那么,哪一派正确呢?伟大的牛顿支持微粒说。他觉得,波有衍射现 象,但光是沿着直线传播的,又有谁见过光拐弯呢?所以他相信微粒说。固然,那时关于光,已知有许多奇妙事实同微粒说 是不相容的,可这对于绝顶聪明的牛顿来说,攻克这样的难题还不是小菜碟?他用粒子说对当时所知的光的一切现象都作 了解释,只是稍微牺牲了一点简单性而已。比如,为了解释某种光学现象,他崐把光子想象成鸟似的一起—伏的飞翔。虽然 波动说在牛顿时代也不乏拥护者,以荷兰物理学家惠更斯为首的波动论者,把他们的主要希望寄托在一个这样的事实上:微 粒相碰时,应该彼此弹开,然而实验表明,两束光相遇时,彼此交叉而过,互不影响。不过,波动说要同的微粒说抗衡仅有 这一实验作基础能有多大的胜利的希望呢?因为有那么一个天才巨人牛顿站在他们的对立面 高山为谷,大海为陵。三十年河东,三十年河西。牛顿逝世后,关于光又有了新的实验发现,而新发明的数学方法又为波动 说提供了解决困难的有力工具 波动说的支持者认为,之所以看不到光的衍射现象,是因为光的波长太短,如果障碍物的尺寸与光的波长相差不多,就应能 看到光拐弯的现象。并还推测出光不仅有衍射现象,还应有干涉现象。实际上,早在牛顿时代,人们就已经观察到了光的干 涉现象。而牛顿却一直提不岀真正圆满的说明。看来微粒说要倒霉了。 牛顿死后大约一百年,托马斯扬在公元1817年提出了光是横波的假说,法国的一位土木工程师菲涅尔以此为基础,在1818 年提交了一篇应征巴黎科学院悬赏征求阐述光折射现象的论文。在这篇文章中,他提出了一整套高度完善的波动说理论,这 个理论是哪样的简洁和有力。无论当时那么多复杂漂亮的实验,以及所有已知的光学现象没有一个它解释不通的。但粒子说 并不甘心就这样灰溜溜地退岀历史舞台。著名数学家泊松还要做垂死的挣扎。他根据菲涅尔的理论推算岀光射到个不透明 的圆板上,在这个圆板的中心应当有一个亮斑一泊松斑。显然谁也没有看到过这种十分荒谬的现象。所以,泊松兴髙采烈地 宣称他驳倒了菲涅尔的波动理论。然而他高兴的似乎早了点。波动说的支持者用实验的方法证明了囻板的阴影中心确实有这 样一个亮斑。这不过是光的一种衍射现象。这真是搬起石头砸自己的脚,如《红楼梦》里所说的,"机关算尽太聪明,反算 了卿卿性命”。波动说的理论基础反而由此更加牢固了。但波动说并不就此罢休。它还需要有更近一步的证据去证明微粒说 是错的。这就是法国人傅科所做的一个重要实验:测量光在水中的速度。因为两派理论在这一点上有重大分歧:按牛顿的光 子说,光在水中的速度应大于光在真空中的速度;而波动说则坚持认为水中的光速一定小于真空中的光速。谁是谁非?科学 等待了很久,终于由傅科用实验的方法证明水中的光速恰与波动说预计值相吻和 遭此一系列的打击,微粒说的照命星陨落了,波动说以胜利者而沾沾自喜时,还没有忘记"宜将胜勇追穷寇,不可沽名学霸 王"这一古训。它还要得到更大的支持,要置微粒说于十八层地狱。这就是法拉第对电与磁的研究,使多少有点停滞不前的 古老的电磁学出现了复兴。一个新的纪元开始了。到了1872年麦崐克斯韦终于完成了他的鸿篇巨制《电磁学通论》这部电磁 理论的经典著作,他把法拉第那种表面上似乎很神秘的见解化成人们所能接受的的两组微分方程-麦克斯韦方程组,方程简 洁、完美、整齐,不仅解决了当时所知的所有的电磁学问题,概括了所有的电磁现象,而且他根据这四个方程推导岀应当存 在电磁波这种东西,这种波应当按光速传播,而且具有光的一切物理性质。这就是说,光是电磁波的一种,波动说的所有高 超的理论都毫无例外地包含在新的电磁方程中。而这个方程组的另一个丰功伟绩是把崐数百年来物理学家苦苦创造的数百种 以太模型统一成了一种一电磁以太光的发展史 在很早很早以前，有一本名为《圣经》的书里有这样一句话：崐神说，要有光，就有了光。这句断言把光的全部问题一笔勾 消，崐因为这句话的意思是：光亮不过是黑暗的反面，是让人能看见东崐西的环境。可是古希腊人确认为光具有客观现实 性，是一种象从水龙头射出的水那样从人们的眼睛射出的东西。我们之所以能看崐见物体就是靠从眼睛里射出的一束这样的 光击中了这个物体。这个说法从而解释了为什么我们睁着眼能看见物体但闭着眼却看不见了这一事实。不过，在黑暗的地 方，为什么我们的眼睛睁的再大也看不见东西呢？ 毕达哥拉斯对此提出了一种新的理论：光是由发光体向四面八方射出的一种东西，这种东西碰到障碍物上就立刻被弹开。如 果它偶然进入人的眼睛，就叫人感觉到看见使它最后被弹开的那个东西。 这种理论虽然有点符合经验事实，但光的问题根本没有因这种理论而得到解决。科学上的每一样新发现都带来一大堆新问 题。就光而言，从发光体发出的光是怎样跃过空间进入人的眼睛里？光是凉的还是热的？它动不动？它动的有多快？ 这就出现了两种理论： 光的粒子说：光是由亿万个光子或 " 微粒 " 组成的，光子由发光体向各个方向射出好象一颗不断爆炸的炸弹的碎弹片。 光的波动说：光可以象波那样运动，把它的信息从一个地方带到另一个地方。但是，这种学说的困难在于一个波动并不仅仅 是一个波动，因为波的传播需要媒质光能够在真空中传播，那么，真空中有媒质吗？如果有某种物质性的东西充满真空那它 就不是真空。这就是说，由于缺少一种媒质好让我们所讲的波能在里面崐波动，就得残酷地抛弃这种大有前途的理论？不！ 哪个科学家也不会这样做。科学家惊人的想象力稍微发挥一下，就很容易地解崐决了这个问题：宇宙空间充满了一种无处不 在、又看不见摸不着的非物质性的媒质 -- 以太。光就是在这种媒质（以太）中传播。 这就有了两派彼此抗衡的光的学说：微粒说和波动说。那么，哪一派正确呢？伟大的牛顿支持微粒说。他觉得，波有衍射现 象，但光是沿着直线传播的，又有谁见过光拐弯呢？所以他相信微粒说。固然，那时关于光，已知有许多奇妙事实同微粒说 是不相容的，可这对于绝顶聪明的牛顿来说，攻克这样的难题还不是小菜一碟？他用粒子说对当时所知的光的一切现象都作 了解释，只是稍微牺牲了一点简单性而已。比如，为了解释某种光学现象，他崐把光子想象成鸟似的一起一伏的飞翔。虽然 波动说在牛顿时代也不乏拥护者，以荷兰物理学家惠更斯为首的波动论者，把他们的主要希望寄托在一个这样的事实上：微 粒相碰时，应该彼此弹开，然而实验表明，两束光相遇时，彼此交叉而过，互不影响。不过，波动说要同的微粒说抗衡仅有 这一实验作基础能有多大的胜利的希望呢？因为有那么一个天才巨人牛顿站在他们的对立面！ 高山为谷，大海为陵。三十年河东，三十年河西。牛顿逝世后，关于光又有了新的实验发现，而新发明的数学方法又为波动 说提供了解决困难的有力工具。 波动说的支持者认为，之所以看不到光的衍射现象，是因为光的波长太短，如果障碍物的尺寸与光的波长相差不多，就应能 看到光拐弯的现象。并还推测出光不仅有衍射现象，还应有干涉现象。实际上，早在牛顿时代，人们就已经观察到了光的干 涉现象。而牛顿却一直提不出真正圆满的说明。看来微粒说要倒霉了。 牛顿死后大约一百年，托马斯·扬在公元 1817 年提出了光是横波的假说，法国的一位土木工程师菲涅尔以此为基础，在 1818 年提交了一篇应征巴黎科学院悬赏征求阐述光折射现象的论文。在这篇文章中，他提出了一整套高度完善的波动说理论，这 个理论是哪样的简洁和有力。无论当时那么多复杂漂亮的实验，以及所有已知的光学现象没有一个它解释不通的。但粒子说 并不甘心就这样灰溜溜地退出历史舞台。著名数学家泊松还要做垂死的挣扎。他根据菲涅尔的理论推算出光射到一个不透明 的圆板上，在这个圆板的中心应当有一个亮斑 -- 泊松斑。显然谁也没有看到过这种十分荒谬的现象。所以，泊松兴高采烈地 宣称他驳倒了菲涅尔的波动理论。然而他高兴的似乎早了点。波动说的支持者用实验的方法证明了圆板的阴影中心确实有这 样一个亮斑。这不过是光的一种衍射现象。这真是搬起石头砸自己的脚，如《红楼梦》里所说的， " 机关算尽太聪明，反算 了卿卿性命 " 。波动说的理论基础反而由此更加牢固了。但波动说并不就此罢休。它还需要有更近一步的证据去证明微粒说 是错的。这就是法国人傅科所做的一个重要实验：测量光在水中的速度。因为两派理论在这一点上有重大分歧：按牛顿的光 子说，光在水中的速度应大于光在真空中的速度；而波动说则坚持认为水中的光速一定小于真空中的光速。谁是谁非？科学 等待了很久，终于由傅科用实验的方法证明水中的光速恰与波动说预计值相吻和。 遭此一系列的打击，微粒说的照命星陨落了，波动说以胜利者而沾沾自喜时，还没有忘记 " 宜将胜勇追穷寇，不可沽名学霸 王 " 这一古训。它还要得到更大的支持，要置微粒说于十八层地狱。这就是法拉第对电与磁的研究，使多少有点停滞不前的 古老的电磁学出现了复兴。一个新的纪元开始了。到了 1872 年麦崐克斯韦终于完成了他的鸿篇巨制《电磁学通论》这部电磁 理论的经典著作，他把法拉第那种表面上似乎很神秘的见解化成人们所能接受的的两组微分方程 -- 麦克斯韦方程组，方程简 洁、完美、整齐，不仅解决了当时所知的所有的电磁学问题，概括了所有的电磁现象，而且他根据这四个方程推导出应当存 在电磁波这种东西，这种波应当按光速传播，而且具有光的一切物理性质。这就是说，光是电磁波的一种，波动说的所有高 超的理论都毫无例外地包含在新的电磁方程中。而这个方程组的另一个丰功伟绩是把崐数百年来物理学家苦苦创造的数百种 以太模型统一成了一种 -- 电磁以太