古人對光的理解

提到這個問題，我估計可能會有人說光不就是電磁波嗎？ 可是，真的是這樣嗎？可見光真的只是波長在400～760nm之間的電磁波嗎？

讓我們追隨科學家對光本性的研究歷程，去體會一下，科學家是如何一步一步接近真理的。那到底什麼是光呢？

1. 我們的神話故事中，太陽是帝俊與羲和生的孩子，本來有10個，被后羿射下來9個，剩下了一個，每天定時定點出來照耀大地。
2. 還有人將黑暗與光明分為事物的兩個方面，認為光明與黑暗是客觀存在的，並沒有真正考慮過光到底是什麼。

人們真正地去了解並研究光是古希臘時候的事兒了！

剛開始人們猜想：人能夠看見東西，是因為從眼睛裡發出的光照到了物體，因此，這個物體被人給看見了！

很明顯，這個猜想是錯誤的：既然我們的眼睛能夠發光，那麼，我們晚上也應該能夠看見東西呀，可是為什麼我們只能在白天能看見東西，而晚上看不見呢？

於是又有人認為，會不會是物體自己發光呢？

答案也很明顯，如果任何物體都能發光，晚上，我們的桌椅板凳怎麼看不見呢？

大家可以順著物體發光這個思路稍微往前推一步，你想到了什麼？此處思考10秒鐘！

是不是隻有特定的物體才可以發光呢？是的，只有特定的物體才能夠發光？能夠發光的物體，我們叫他“光源”。

能不能繼續向前再走一步？你會提出什麼疑問？

火把點燃之後有了光，我們就能看見周圍的物體、太陽出來之後有了光，我們就能看見更大範圍的物體。這個很好理解，因為太陽光更強一些。

為什麼有了光之後我們就能看見物體？而沒有光的時候我們看不見任何物體呢？

是的，光源發出的光經過了物體的反射，進入人眼，被人給看到了！ 在我們今天看起來順理成章的事兒，古人可是費了老勁兒了。

• 歐幾里得是古希臘數學家，“幾何學之父”，他在《光學》中假設光沿直線傳播，並用數學方法闡述了“光的反射”問題，他認為光不可能是從眼睛發出的，比如我們看見遠方的山，抬頭就能立馬看見，如果是從眼睛發出的，光得傳播多麼快？那看見星星呢？這總得需要傳播時間吧，所以，他覺得應該是光進入人眼，而不是人眼發出光！

• 公元1000年左右波斯科學家阿爾哈桑提出因為物體反射的光線進入人眼才被人給看到了、光總是沿著直線傳播的，他還提出了“小孔成像”來支持他的觀點。 既然發現了光是沿著直線傳播的，還能進行反射，如果讓你說光到底是什麼？你怎麼認為呢？
  

• 當然了，根據生活經驗，只有像檯球、玻璃珠這樣的剛體碰到物體，才會被反射彈開，於是，人們認為：“光是一種細小的粒子流” 這也就是早期對光本質到底是什麼的第一種解說：“微粒說”。
  

• 等人們對自然界的認識進一步加深之後，1655年意大利數學家格里馬第發現光在經過小孔之後會形成像水波經過小孔一樣的
  衍射現象，他馬上意識到，光不是“粒子流”，而是像水波一樣，向外傳遞振動形式的一種波動，這就是早期的“波動說”的來源！
  

有了“波動說”，“粒子說”當然不高興了。

粒子說：光如果是一種波動的話，為什麼不能像聲音一樣繞過障礙物？為什麼我們站在一堵牆後面能聽見對面的人說話而不能看見不見那個人呢？

波動說：光絕對不是粒子，如果是粒子，為什麼兩束光撞到一塊兒沒有彈開？

到底誰對誰錯呢？誰也說不明白！

• 到了1663年，波義耳發現了肥皂泡和玻璃球中的彩色條紋，認為物體的顏色可能不是物體本身的性質，而是光照射在物體上產生的效果。作為波義耳實驗助手的胡克對此產生了興趣！ 他通過對肥皂泡膜的顏色的觀察，在1665年提出了“光是以太的一種縱向波”的假說，胡克認為光的顏色是由其頻率決定的。 胡克當時是英國皇家學會的會員、也是實驗室管理員！有了他支持，“波動說”也在瞬間成為一種主流解釋！

• 1666年，艾薩克·牛頓牛頓用三稜鏡將太陽光分解為彩色光帶，又在後面放了另一個三稜鏡，將彩色光復合成白光。 這個實驗的成功使牛頓認識到白色的陽光確具有複雜的成分，它是由七種不同顏色的光組成。 1672年，30歲的牛頓將這一發現寫成論文，名字叫《關於光與色的新理論》，提交到了英國皇家學會，這是他入選英國皇家學會會員後的第一篇正式科學論文，他認為光是由非常奧妙的微粒組成，光的分解和複合就如同七種顏色微粒的混合和分開，其實這也就是光的“微粒說”，這可以非常合理地解釋光的直線移動和反射性質，不過，不能很好地解釋光的衍射現象，所以，牛頓既沒有完全肯定“微粒說”也沒有明確反對“波動說”！
  

• 時任英國皇家學會評議員的胡克看到了牛頓的文章，對他進行了猛烈的抨擊，認為牛頓的實驗是竊取的1665年自己用肥皂泡研究光的實驗的思想，並不是牛頓的原創，而且牛頓提出的光是由微粒組成的，根本就是無稽之談、譁眾取寵、不值一提！
  

• ​由於生活背景的影響，牛頓本來就是一個寡言少語、性格孤傲、呆板固執的人，他還有孤獨症，不會跟別人交往，不懂得處理人際關係，缺乏度量，並不與人為善。 現在不僅有人全盤否定他，竟然還說他竊取別人的思想，這怎麼能忍呢？ 牛頓一氣之下就撤回了自己的論文，並表示不會再發表任何科學論文，還差點退出了英國皇家學會，本來牛頓還並沒有明確自己到底是否反對“波動說”，可是胡克整這麼一出，直接將牛頓推給了“微粒說”，自此以後，牛頓直接站在了“微粒說”一邊，並直接反對“波動說”，並在以後幾次論文中，對胡克的“波動說”進行了反駁，但是，由於胡克當時的地位與名氣，“微粒說”並沒有實質性的進展！
  
• 雖然這次事件看似以胡克的勝利而告終，“波動說”一時佔了上風，但是，在牛頓的心裡可是埋下了一顆仇恨的種子！ 1690年，荷蘭物理學家惠更斯在他發表的《光論》一書中闡述了他的光波動原理，認為光是一種機械波，用他的理論證明了光的反射和折射定律，也解釋了光的衍射、雙折射現象和著名的“牛頓環”現象，一時間，惠更斯也成為支持“波動說”的一員大將。

“牛頓環”

• 在此期間，牛頓轉移了戰場，一直在潛心研究運動學跟力學，並沒有在光學領域跟胡克做過多的糾纏，並於1687年發表《自然定律》。 直到1704年，也就是胡克去世的第二年，牛頓才發表了他的另一鉅著《光學》，在本書中，牛頓從粒子的角度解釋了“薄膜透光”、“牛頓環”、“衍射”等等現象，並將“粒子說”與他的力學體系結合在一起，使“粒子說”有了無法抗拒的魔力，他還在書中嚴厲批判了“波動理論”，並且用“光不能繞過障礙物”來反對波動理論！
  
  

因為當時的牛頓已經是國會議員、英國皇家學會會長，又是經典力學的創始人，在物理學界有著無與倫比的崇高地位，以牛頓的權威性，光的“粒子說”很快就成為了光的主流解釋，“波動說”傾刻之間煙消雲散！ 自此之後，“微粒說”一直成為光本性的主流學說被物理學界所認可！“波動說”直到一個世紀後的1807年，才被一個叫做托馬斯•楊科學家用“光的雙縫干涉實驗”所喚醒！