2、光的本质之争：从粒子到波的探索历程

光的本质之争：从粒子到波的探索历程

在光学发展的历史长河中，关于光的本质究竟是什么，一直是科学家们争论不休的话题。早期，人们很自然地认为光由类似于快速移动子弹的粒子组成，这种观点与一些观察结果相符，例如光线通过透镜和镜子的行为，至少在一定程度上是一致的。由此，一种流行的观点逐渐形成，即光由快速移动的小能量“子弹”组成，它们沿直线传播，这就是光的粒子理论，而著名的英国科学家艾萨克·牛顿则是这一理论的坚定拥护者。

牛顿的粒子理论

牛顿面临的挑战是让他在 17 世纪后期进行的所有光学实验都与他的粒子理论相契合。牛顿已经发展出一套完整的力学方法，其中像苹果和地球这样的物体可以被视为质点，那么为什么光不能呢？为了解释光如何通过显微镜、望远镜和眼镜等光学设备，一个简单的光粒子射线追踪模型就足够了。

牛顿还进行了棱镜和其他光学元件的实验，以证明白光由多种颜色组成。他是第一个写下大致正确的彩虹科学理论的人。他认为，不同颜色的光对应着以不同速度在天空水滴中移动的不同光粒子，从而形成了彩虹。他能够预测主彩虹的位置、角开口和颜色色散，但对于不太常见的副彩虹（颜色顺序相反）却无法解释。此外，他的理论也无法解释主副彩虹之间的亚历山大暗带。

更糟糕的是，牛顿的理论无法令人信服地解释光的偏振现象。直到他去世，冰岛晶石的实验一直困扰着他。1706 年，他在《光学》一书中发表了所有相关工作，这本书成为了光的粒子理论的“圣经”。

在牛顿时代，人们已经清楚地认识到光具有偏振性，一束单色光可以根据其偏振状态分成两束。这种效应就像你用偏光太阳镜看湖面时所看到的那样，太阳镜可以过滤掉约一半产生眩光的阳光，让你看清湖底的鱼。类似地，偏光眼镜还可以减少迎面而来汽车的眩光，我们在 3D 电