光的波粒二象性科學家發現，光可以像波壹樣向前傳播，有時會表現出粒子的特性。因此，我們稱光為“波粒二象性”
目錄
光的波粒二象性簡介
光波理論與粒子理論之爭:笛卡爾提出的兩個假說
格裏姆首先發現了光的衍射現象。
胡克提出“光是以太的縱波”
牛頓用粒子理論闡述了光的顏色理論。
惠更斯提出了壹個比較完整的波動理論
牛頓的粒子理論逐漸建立起來。
光的偏振與偏振定律的發現
菲涅耳和阿拉戈建立了光波的橫向傳播理論。
新的波浪理論已經牢固地建立起來了。
愛因斯坦因光的波粒二象性獲得諾貝爾物理學獎。
它以光的波粒二象性結束。
光的波粒二象性簡介
光波理論與粒子理論之爭:笛卡爾提出的兩個假說
格裏姆首先發現了光的衍射現象。
胡克提出“光是以太的縱波”
牛頓用粒子理論闡述了光的顏色理論。
惠更斯提出了壹個比較完整的波動理論
牛頓的粒子理論逐漸建立起來。
光的偏振與偏振定律的發現
菲涅耳和阿拉戈建立了光波的橫向傳播理論。
新的波浪理論已經牢固地建立起來了。
愛因斯坦因光的波粒二象性獲得諾貝爾物理學獎。
它以光的波粒二象性結束。
這段光的波粒二象性簡介
光壹直被認為是最小的物質。雖然是最特殊的物質，但是可以說探索光的本質就相當於探索物質的本質。歷史上，整個物理學圍繞著物質是波還是粒子展開。光學的任務是研究光的本質及其輻射、傳播和接收的規律。光與其他物質的相互作用(如物質對光的吸收和散射，光的機械作用以及光的熱、電、化學和生理效應等。)以及光學在科學技術中的應用。先熟悉壹下關於光的基礎知識。光的波粒二象性簡單來說就是光既有波的特性，又有粒子的特性。
波動論和粒子論之間的爭論編輯這段光
笛卡爾提出的兩個假設
在物理光學的研究中，光的本質和光的顏色成為焦點。關於光的性質，笛卡爾在他的方法論的三個附錄之壹折射光學中提出了兩個假設。壹種假說認為，光是壹種類似粒子的物質；另壹種假說認為，光是壹種以“以太”為媒介的壓力。雖然笛卡爾更強調介質對光的影響和作用，但他的兩個假說已經為後來的粒子論和波動論的爭論埋下了伏筆。
格裏姆首先發現了光的衍射現象。
17世紀中期，物理光學進壹步發展。1655年，博洛尼亞大學的數學教授格裏馬·迪(grimma Di)在觀察放置在光束中的小棍子的影子時，首次發現了光的衍射現象。基於此，他推測光可能是壹種類似水波的流體。Grimma設計了壹個實驗:讓壹束光穿過壹個小孔，在壹個黑暗的房間裏，讓這束光穿過小孔，照在壹個屏幕上。他發現光線穿過小洞後，光影明顯變寬了。Grimma做了進壹步的實驗。他讓壹束光穿過兩個小孔，照射在暗室的屏幕上，然後他得到了壹個有明暗條紋的圖像。他認為這種現象與水波非常相似，並得出結論:光是壹種可以在波中運動的流體，光的不同顏色是波動頻率不同的結果。Grimma是第壹個提出“光的衍射”概念的人，也是光的波動理論的最早倡導者。波義耳在1663中提出了色光照射在物體上的效應。英國科學家波義耳提出，物體的顏色不是物體本身的性質，而是光線照射在物體上的效果。他首次記錄了肥皂泡和玻璃球中的彩色條紋。這壹發現與grimma的說法不謀而合，為後來的研究奠定了基礎。
胡克提出“光是以太的縱波”
不久後，英國物理學家虎克重復了格裏姆的實驗，通過觀察肥皂泡薄膜的顏色，提出了“光是以太的縱波”的假設。根據這壹假設，胡克也認為光的顏色是由其頻率決定的。
牛頓用粒子理論闡述了光的顏色理論。
但是，在1672年，偉大的牛頓在他的論文《光與顏色新論》中談到了他的光色散實驗:讓太陽光穿過壹個小孔，照在暗室的棱鏡上，對面墻上就會得到壹個色譜。他認為光的重組和分解就像不同顏色的粒子混合在壹起又分離。在這篇論文中，他用粒子理論闡述了光的顏色理論。波動論和粒子論的第壹次爭論是由“光的顏色”這壹導火索點燃的。此後，胡克和牛頓之間展開了壹場漫長而激烈的爭論。1672年2月6日，由虎克擔任主席，虎克和波義耳組成的英國皇家學會評審委員會對牛頓的論文《光和色的新理論》基本持否定態度。牛頓壹開始並沒有完全否定波動說，也不是粒子說的支持者。但是爭論之後，牛頓在很多論文中反駁了胡克的波動理論。由於牛頓和胡克此時沒有形成完整的理論，波動論和粒子論的爭論沒有完全展開。但科學論證就是這樣。壹旦他們出現，我們就應該追根究底。
惠更斯提出了壹個比較完整的波動理論
惠更斯是荷蘭著名的天文學家、物理學家和數學家，他支持波動理論，繼承並完善了胡克的觀點。惠更斯早年在天文學、物理學和技術科學方面做出了重要貢獻，系統研究了幾何光學。1666年，惠更斯被邀請到巴黎科學院，開始研究物理光學。在做院士期間，惠更斯去了英國，在劍橋遇到了牛頓。他們彼此非常欣賞，也就光的本質交換了意見，但此時惠更斯的觀點更傾向於波動論，於是他和牛頓產生了分歧。正是這種差異激發了惠更斯對物理光學的強烈熱情。回到巴黎後，惠更斯重復了牛頓的光學實驗。他仔細研究了牛頓的光學實驗和格林瑪的第壹個實驗，認為有很多現象是粒子理論解釋不了的。因此，他提出了壹個比較完整的波浪理論。惠更斯認為光是機械波；光波是壹種通過物質載體傳播的縱波，傳播它的物質載體是“以太”；波面上的每壹點本身就是引起介質振動的波源。根據這壹理論，惠更斯證明了光的反射和折射定律，還解釋了光的衍射和雙折射現象以及著名的“牛頓環”實驗。如果這些理論不容易理解，惠更斯引用了壹個生活中的例子來反駁粒子理論。如果光是由粒子組成的，那麽在光的傳播過程中，粒子之間必然會發生碰撞，這必然會導致光傳播方向的改變。但事實並非如此。
牛頓的粒子理論逐漸建立起來。
惠更斯積極推廣波動理論的同時，牛頓的粒子理論也逐漸建立起來。牛頓修正並完善了他的光學著作《光學》。基於各種實驗，在《光學》壹書中，牛頓提出了兩個反駁惠更斯的理由:第壹，如果光是壹種波，它應該能夠繞過障礙物，不會像聲波壹樣產生陰影；其次，冰洲石的雙折射說明光在不同的面上有不同的性質，波動理論解釋不了原因。另壹方面，牛頓將他的物質粒子觀擴展到整個自然界，並與他的粒子力學體系相融合，為粒子理論找到了強大的後盾。為了不與虎克再有爭論，光學在虎克死後的第二年(1704)正式發布。但此時惠更斯和虎克已經相繼死去，波說沒有人在戰鬥。牛頓因為對科學界的巨大貢獻，成為當時無與倫比的壹代科學巨匠。隨著牛頓名聲的提高，人們崇拜他的理論，重復他的實驗，堅信和他壹樣的結論。整個十八世紀，幾乎沒有人挑戰粒子，也很少有人對光的本質做進壹步的研究。托馬斯·楊提出了光幹涉的概念和定律。18世紀末，在德國自然哲學的影響下，人們的思想逐漸解放。英國著名物理學家托馬斯·楊開始懷疑牛頓的光學理論。根據壹些實驗事實，楊在1800寫了壹篇論文《光與諧的實驗與問題》。本文楊比較輕調和級數，因為兩者重疊後都是加強或減弱的。他認為光是在以太流中傳播的彈性振動，並指出光是以縱波的形式傳播的。他還指出，不同顏色的光和不同頻率的聲音是相似的。1801年，進行了楊氏著名的雙縫幹涉實驗。實驗中使用的白色屏幕上的黑白條紋證明了光的幹涉現象，從而證明了光是壹種波。同年，楊在《英國皇家學會哲學雜誌》上發表論文，分別對牛頓環實驗和自己的實驗進行了解釋，首次提出了光幹涉的概念和定律。在1803，楊寫了壹篇論文《物理光學的實驗與計算》。他根據光的幹涉定律進壹步解釋了光的衍射現象，認為衍射是由直射光束和反射光束的幹涉形成的。但是因為他認為光是壹種縱波，所以在理論上遇到了很多麻煩。他的理論遭到了英國政治家布魯厄姆的尖銳批評，稱其“不合邏輯”、“荒謬”、“毫無價值”。雖然楊的理論和後來的反駁沒有得到足夠的重視甚至詆毀，但他的理論引起了牛頓學派對光學研究的興趣。
光的偏振與偏振定律的發現
1808年，拉普拉斯用粒子理論分析了光的雙折射現象，批駁了楊氏波動理論。1809年，馬呂斯在實驗中發現了光的偏振。當進壹步研究光的簡單折射中的偏振時，他發現光在折射時是部分偏振的。惠更斯曾提出，光是壹種縱波，縱波不可能這樣偏振。這壹發現成為反對波動理論的有利證據。1811年，呂斯特在研究光的偏振時，發現了偏振的光的經驗定律。光的偏振和偏振定律的發現，使當時的波動理論陷入了困境，使物理光學的研究向粒子理論方向發展。面對這種情況，楊又對光學進行了深入的研究。1817年，他放棄了惠更斯關於光是縱波的理論，提出了光是橫波的假設，成功地解釋了光的偏振。在吸收了壹些牛頓觀點後，他建立了新的波浪理論。楊把他的新思想寫給了牛頓學派的阿拉哥。
菲涅耳和阿拉戈建立了光波的橫向傳播理論。
巴黎科學院獎勵了關於光幹涉的最佳論文。土木工程師菲涅爾也卷入了波動論和粒子論之爭。1815年，菲涅爾試圖復興惠更斯的波動理論，但與當時楊氏關於衍射的論文無關。他在自己的論文中提出，各種波的幹涉使得合成波具有顯著的強度。實際上，他的理論與楊的正好相反。後來阿拉戈告訴他楊氏的新理論，光是壹種剪切波，菲涅爾基於楊氏理論開始了他的研究。1819年，菲涅爾成功完成了兩個平面鏡產生相幹光源的幹涉實驗，繼楊氏幹涉實驗後再次證明了光的漲落理論。在跟隨菲涅耳學習了壹段時間後，阿拉戈轉向了波動理論。1819年底，經過菲涅耳對光的傳播方向的定性實驗，他和阿拉戈建立了光波的橫向傳播理論。
新的波浪理論已經牢固地建立起來了。
1882年，德國天文學家夫瑯和費首次用光柵研究了光的衍射現象。在他之後，另壹位德國物理學家施維爾德根據新的光波理論成功地解釋了光通過光柵的衍射現象。至此，新波浪理論已經牢固確立。粒子理論開始轉向不利方面。隨著光的波動理論的建立，人們開始尋找光波的載體，以太理論再次活躍起來。壹些著名的科學家已經成為以太理論的代表。然而，人們在尋找以太的過程中遇到了許多困難，於是提出了各種假說，以太成為十九世紀的焦點之壹。菲涅耳在研究以太的時候，發現橫波的介質應該是壹種固體，而如果以太是固體，怎麽可能不幹擾天體的自由運行呢？沒過多久，泊松也發現了壹個問題:如果以太是固體，那麽光的橫向振動中必然有縱向振動，這與新的光波理論相矛盾。為了解決各種問題，柯西在1839中提出了以太第三理論，認為以太是負的可壓縮介質。他試圖解決泊松提出的困難。在1845中，斯托克斯用石蠟、瀝青和樹膠做了壹個類比，試圖說明有些物質足夠堅硬，可以傳播橫向振動並壓縮和伸展——所以它們不會影響天體的運動。1887年，英國物理學家邁克爾遜和化學家莫雷通過“以太漂移”實驗否定了以太的存在。但從那以後，仍然有許多科學家堅持對以太的研究。甚至在法拉第的光的電磁理論和麥克斯韋的光的電磁理論提出之後，很多科學家都致力於以太的研究。19世紀中後期，波動論在光的波動論和粒子論的爭論中取得了決定性的勝利。然而，人們在尋找光波載體時遇到的困難表明了波動理論面臨的危機。
愛因斯坦因光的波粒二象性獲得諾貝爾物理學獎。
1887年，德國科學家赫茲發現光電效應，光的粒子性再次被證明！二十世紀初，普朗克和愛因斯坦提出了光的量子理論。1905年3月，愛因斯坦在《德國物理學年鑒》上發表了題為《光的產生和轉化的思辨觀點》的論文。他認為對於時間的平均值，光表現出波動性；對於時間的瞬時值，光表現為粒子。這是歷史上第壹次揭示微觀物體漲落與粒子的統壹性，即波粒二象性。這壹科學理論終於被學術界廣泛接受。1921年，愛因斯坦因“光的波粒二象性”的成就獲得諾貝爾物理學獎。1921年，康普頓在實驗中證明了X射線的粒子性。1927年，Gemel和後來的george thomson證明了電子束具有波的性質。同時，人們還證明了氦原子射線、氫原子射線和氫分子射線都具有波的性質。
它以光的波粒二象性結束。
在新的事實和理論面前，光的波動論和粒子論之爭以“光具有波粒二象性”而告壹段落。即:光既是波又是粒子！光的波動論與粒子論之爭，始於17世紀初笛卡爾提出的兩點假說，止於20世紀初光的波粒二象性，歷時300余年。許多著名的科學家，如牛頓、惠更斯、托馬斯·楊和菲涅爾，成了這場辯論雙方的主要辯手。正是他們的努力，揭開了籠罩著“光的本質”的令人困惑的面紗。