光是世界上最常见的东西却也是人类至今为止最难理解的东西,随着人类知识的不断积累和技术的进步,我们对光的认知也在不断改变。
古希腊人通过观察认为光是一种线性的物体,他们还发现了光在密度较大的介质中(比如玻璃和水)会产生折射和弯曲,还会在任何物体表面发生反射。通过这些现象希腊人制定了反射和折射的基本定律,为后来的光学发展奠定了坚实的基础。
但古希腊人对光的认知也有错误,他们相信光是来自于人的眼睛,由眼睛发射到物体上之后使这些物体可以被看见。这种理论直到公元十世纪被推翻,被称为中世纪最伟大科学家的阿拉伯学者Alhasen通过实验证实光并不来自于眼睛,而是像太阳一样的光源发射光线照射到物体上,再经过发射进入眼睛使物体被看到。
不过这些古人看到的仍然是光的特性,而没有解决光本身到底是什么。这一点直到牛顿的时代才有一点变化,牛顿与惠更斯对光的本质展开了激烈争论,牛顿认为光是一种粒子流而惠更斯认为光是一种没有实体的能量波。牛顿质疑如果光是一种波,那么光就可以不按照直线移动,这和日常观测的光线明显不符。
不过1660年意大利物理学家格里马尔迪就狠狠地抽了牛顿一个大嘴巴,他的实验证明了光的衍射,当光遇到障碍物时会产生弯散传播,这证明了光可以不按直线移动,并且光是符合波的特性的。1801年英国科学家托马斯·杨又做了一个简单的双缝实验,为波粒斗争暂时定了一个休止符,他的结论是光既是粒子又是波,光一个具有波粒二象性的东西或者说一种以波形运动的粒子,这也是我们现在课本中学到的关于光的最终结论。
但是这并不是科学的最终结论,为什么光是一种波?这一点似乎无法理解,因为过去科学家所发现的波是需要介质来传播的,比如声波必须依靠空气、水等介质来传播,在真空中就无法传播。那么什么是光的介质?还有一点令人感到奇怪的是,1850年经过法国科学家斐索和傅科的测量,光速似乎是一个定值,后来更是发现不管在任何已知的介质当中光的传播速度是基本不变的,如果对比声波这一点令人感到不可思议。