光是粒子还是波?

光是粒子还是波?

光到底是什么东西?这个问题曾经闹得物理学界沸沸扬扬,持续3个多世纪。现在不妨让我们回顾一下,从17世纪初开始的那一幕幕耐人寻味的争论吧!

1618年,荷兰数学家斯涅尔发现了光的折射定律;1637年,法国科学家笛卡儿提出了光的微粒假说,他把光设想成是由一颗颗小球组成的,这可以说是光的粒子说最早的雏形;1638年,笛卡儿又提出了“以太假说”,认为光是从发光体产生的一种压力,通过天体中一种叫“以太”的物质传播到物体上的,这可以说是光的波动说最初的萌芽。

1672年,英国物理学家牛顿进一步完善了光的粒子说,认为光是由非常小的粒子构成的,这些粒子从发光体飞射出来,就像一群飞行的枪弹。而与牛顿同时代的英国物理学家胡克与荷兰物理学家惠更斯又发展了波动说,认为光是在充满空间的“以太”中激起的波,就像一艘船驶过水面激起的水波一样。将近100多年,这场争论始终在激烈地进行着,一会儿粒子说居优势,一会儿波动说占上风。

到了19世纪,英国物理学家托马斯·扬发现了同一光源的两束光相遇后会产生明暗相间条纹的干涉现象:法国物理学家菲涅尔又发现了光能够拐弯的衍射现象,这两种现象用牛顿的粒子说是无论如何也解释不了的,因此,波动说似乎取得了胜利。以后,许多物理学家对光速作了精确的测定,英国物理学家麦克斯韦也证明了光实质上是一种电磁波,这样,波动说摘取了光世界中的那顶诱人的皇冠,波动说战胜了微粒说。

然而,天有不测风云。近50年过去了,到了1905年,瑞士专利局一个默默无闻的小职员阿尔伯特·爱因斯坦在德国的«物理学观点»杂志上发表了有关金属光电效应的理论,用一句话解释,就是当一束光照到某些金属表面上时,有电子跑了出来,波动说对这个现象是无能为力的,只能认为光是一种粒子,因此粒子说又东山再起。

那么,光究竟是什么呢?争论的双方终于妥协了,他们认为光既是粒子又是波,具有“波粒二象性”,就好象现代医学中的裂脑人同时具有两重性格一样。对于这种双方的妥协,有的科学家也感到并不满足,他们提出种种理由来责难“波粒二象性”。

看来,光究竟是什么?人类至今还不具备回答这个问题的能力。用丹麦物理学家玻尔的话来说:我们可以让一枚钉子固定,也可以让它松动,但不能既让它固定又让它松动。