光的微粒说和波动_“微粒说”和“波动说”

　　编者按：科学技术史是人类认识、改造自然的历史。它记录了人类同自然界斗争中取得的成功与失败、经验和教训；也记录了人们认识的辩证的发展过程。列宁说：各门科学的历史是构成认识论和辩证法的知识领域之一。因此，学一点科学史，既可以得到自然科学的知识，又能够从中学习一些认识论和辩证法的道理，获得正确的思想方法的启示。这对于无论从事那项工作的青年同志，都会是很有益处的。
　　本刊从这一期起开辟《科学史与辩证法》栏目，将陆续发表这方面的文章。
　　人们都热爱光明。太阳的光辉把大地照亮，人们才能欣赏这个五彩缤纷的世界，赞叹千姿百态的大自然。没有光，人们将陷入可怕的永恒的黑暗之中。因此，什么是光，从古以来就是人们非常关心和热烈探讨的问题。
　　人们在长期的生活中发现，光是沿着直线前进的；光射到平面镜上会发生反射；光进入水中，前进方向会改变。由此逐步认识到光的直进、反射、折射的规律。到了十七世纪，以牛顿为代表总结了前人观察的经验，提出了光的“微粒说”。微粒说认为，光是由一颗颗象小弹丸一样的微粒组成的粒子流。它在空中直线行进，遇到物体后，一部分反弹回来，一部分穿透过去。微粒说用这种方式简单地解释了光的直进、反射和折射等现象，一时颇为流行。
　　但是，在同一个时代，人们发现了光有“干涉现象”，即当两束光在空间相遇时会产生明暗相间的条纹。这种干涉现象与微粒说发生了矛盾。因为光既然是微粒，当两束光相遇时，或者是穿透过去，或者发生碰撞，而不应互相干涉’出现明暗相间的阴影。明暗相间的阴影是波的一种特征。一六零二年，人们又发现光并非永远走直线，它可以绕过障碍物的边缘而曲折前进，这叫绕射（也叫“衍射”）现象。后来又发现，一束光射入某些透明晶体如方解石或石英，会产生两束向不同方向折射的光，形成双折射。这些实验事实，都是微粒说无法解释的。在这种情况下，牛顿同时代的物理学家惠更斯，把光和声波、水波相类比，认为光是在某种特殊的弹性媒质中传播的机械波动，提出了“波动说”。于是出现了光是“粒子”还是“波动”的争论。虽然波动说能解释光的一些新的问题，但因为它还很不完善，加上微粒说的拥护者利用牛顿在科学界的声望和权威，对波动说全盘否定，把它压下去了。这就使光学在整个十八世纪里没有取得什么进展。
　　十九世纪初，英国科学家托马斯·扬重新做了光的干涉实验。他用同一光源发出的光通过两个窄缝，在后面的屏幕上看到的不是两条亮线，而是明暗相间的条纹。在这个实验的基础上，他和菲涅耳等科学家又用理论论证和数学方法解释了光的传播、干涉、衍射和其他一些已知的光学现象。光的波动说的复兴，重新引起了微粒说和波动说的论战。由于波动说能够较好地解释已知的全部光学现象，微粒说却遇到了许多矛盾，因此波动说取得了巨大的胜利。到十九世纪后半叶，电磁学理论发展起来以后，人们把光和电磁现象统一起来，揭示了光和无线电波一样，也是一种电磁波，人们直接看到的不同颜色的光，就是波长不同的电磁波，从而进一步证实了波动说的理论。这时，人们又把微粒说完全抛弃了，认为光就是波，而且只是波，宣称对光的本性的认识已经到头了。
　　然而十九世纪末二十世纪初，一些新的实验现象与光的波动说又发生了矛盾。例如，光照射某些金属的表面会打出一些电子来，产生光电效应。连续的光波怎么会产生不连续的电子呢？这确实令人不解。后来发现，看来是连续的光波，其能量却是一份一份不连续的。这表明，光不仅有波动性，而且有粒子性。到底微粒说正确还是波动说正确呢？一九零五年爱因斯坦在新的实验基础上，提出了光的量子理论。认为一束光是由一个个光子组成的，而光子的运动又具有波动的特性。他指出：“光——同时又是波，又是微粒，是连续的，同时又是不连续的。自然界喜欢矛盾……，”即是说，光既不能仅用微粒来说明，也不能只用波动来解释。光是波动性与粒子性的对立统一，具有波粒二象性。
　　人们对光的认识的历史就是这样：有时认识了光的粒子性一面，有时揭示了光的波动性一面，几经反复才达到波粒二象性这个比较全面的认识。这就告诉我们，人们对事物的认识，是在曲折和矛盾中发展的。在认识客观世界的过程中，有时人们看到事物的一个侧面，如果将它夸大为全部，就会得出片面的甚至错误的结论。当新的实践揭示出这种观点的错误以后，又不能简单地全盘否定。而应当采取分析的态度，扬弃其错误的部分，吸取其正确的部分，达到对事物的全面性的认识。列宁说过：统一物之分解为两个部分以及对其矛盾着的各部分的认识，是辩证法的实质。辩证法内容的这一方面的正确性必须用科学史来检验。人们对光的本性认识的历史，可以说是检验辩证法正确性的最好的例证之一。