对光的本质的认识

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光的本质是什么?从 17 世纪开始，一直存在微粒说和波动说的争论。牛顿 1704 年出版的《光学》一书提出了光的微粒说，认为光是发光体发出的有弹性的微粒流，沿直线行进。当光到达两种媒质的界面上时，由于界面的弹性作用，光线的入射角与反射角相等。它可以说明几何光学的原理。光的波动说最早由意大利学者格里马等在 1655 年提出，他设想光流体以很快的速度波动。惠更斯在 1678 年和 1690年比较系统地加以论述，他设想光是流体或是“以太”传播的纵波，其振动传播类似于声音那样的机械波。两种观点都能解释光的反射、折射等现象，但微粒说似乎更容易为人们所理解，因而略占上风。19 世纪初，英国科学家托马斯·杨发现了光的干涉现象:法国学者菲涅耳发现了光的衍射现象，这些现象是微粒说不能解释的，于是波动说又流行起来。特别是麦克斯韦电磁场理论提出以后，光是一定波长的电磁波得到理论和实验的充分证明。1902 年，德国物理学家勒纳德在实验中发现，用光照射金属表面，会有自由电子逸出，产生这种光电效应并不取决于光的强度和时间，而是决定光的频率(或波长):再者，如果在金属表面施加一个相反方向的电场，可以遏止电压的变化。但遏止电压却不是连续的，而是量子化的。这些现象是光的波动说包括电磁说所不能解释的。1905 年，爱因斯坦发表了《关于光的产生和转化的一个启发性观念》，提出光量子概念。他认为光是由一群光子组成，当每个光子的能量超过某一数值(逸出功)时，就能从被照射的金属中释放出一个电子，每个电子的能量等于光子的能量减去逸出功。所以光子的能量越大(即光的波长越短)，电子的速度就越大。光子数量(光的强度)，只能决定电子逸出的数量，这个理论与勒纳德实验完全一致。流行多年的光的波动说似乎又被颠覆了，再一次回到牛顿当年的“微粒说”光量子说是量子力学创立和发展中的重大事件之一。量子论对光的本质的认识并不是简单地回到微粒说的观点。根据量子说，包括光子、电子在内的任何傲观粒子都同时具有波动性，它们是波动性和粒子性的统一。在光电效应的实验中，光粒子性处于矛盾的主要方面，在微观尺度很小的范围内如原子内部，光波动性处于矛盾的主要方面。