光是粒子还是光波

可见光的确实性质，是一个几个世纪以来一直困扰人的奥秘。从古代的毕达哥拉斯纪律希腊科学家推测，每一个可见的对象发出源源不断的粒子，而亚里士多德的结论在光流传方法相似于海浪。即使这些想法都产生了很多修正和进化在过往的20世纪的主要水平，树立了由希腊哲学家争真个实质仍然是这一天。

有一种观点以为假想如波浪般的光的性质，能源生产，通过空间遍历的方法类似，全部静止的池塘表面流传后，被丢弃的岩石不安的涟漪。相反的观点认为，光组成一个稳固的粒子流，很像从花园软管喷嘴喷洒水的渺小水滴，。在过去的几个世纪中，看法的共鸣已经摇动了一段时间当时有一种观点认为，只有被其他证据颠覆。仅在20世纪第一个十年是收集到足够的令人佩服的证据供给了一个全面的答案，所有人的意料，这两种理论横空降生是准确的，至少在部分，。

在十八世纪初，关于光的实质的争辩已经变成了科学界，分为阵营战役在他们最爱好的理论的有效性大力。荷兰人惠更斯发现有一组科学家，订阅波浪理论，缭绕着他们的论据。对峙阵营援引艾萨克牛顿爵士的棱镜实验证实，光淋浴，每一个粒子在一条直线动身前往，直到它被折射，接收，反射，衍射或以其他方法干扰。牛顿自己，固然有一些关于他的红细胞光的实质的理论，他在科学界的权威无疑举办这么多的重量，他主意其凶悍的战役进程中疏忽了所有其他的证据。

惠更斯的光的折射，理论基本上的光波类似性质的概念，认为在任何物质的光的速度呈负其折射率比例。换句话说，惠更斯推测，越光“弯曲”的物质折射，它会移动，而在该物质上穿越慢。他的跟随者认为，假如光的粒子流组成的，那么相反的后果会产生，由于光线进进高密度介质分子所吸引，在中期和经验，在速度，增添而不是减少。固然完善地解决了这一论点将丈量光速在不同的物资，例如空气和玻璃，期间的装备都没有到达义务。光呈现，以雷同的速度移动，无论资料，通过它传递。 150多年过往了，前光的速度可以用足够高的精度丈量，证实惠更斯的理论是准确的。

尽管高度器重，在18世纪早期的一些有名科学家艾萨克牛顿爵士的名誉不批准他的微粒说。有些人以为，假如光的粒子组成，那么当两束交叉，一些粒子互相碰撞，产生的光束的偏差。显然，这种情况并非如此，所以他们得出的结论是，不是单个粒子组成，光线必须。

惠更斯“号，他的直觉，曾建议他在1690论文条约DE LA卢米埃尔乘坐空间介导光波通过，乙醚，一个神秘的失重物质，存在于全部空中和空间的无形实体。醚搜索资源的大批耗费在十九世纪之前终于得到安眠。在乙醚理论连续至少直到19世纪末期，由查尔斯惠斯通的建议表明，乙醚进行振动一个角度垂直于光传播方向，和詹姆斯秘书麦克斯韦的具体模型描写的无形的物质建设的光波模式证明。惠更斯认为，乙醚振捣在同一方向的光线，形成了一股本身，由于它携带的光波。在后来的体积，惠更斯原理，他奇妙地描写每个点上的波可以产生自身的小波，然后加在一起，形成一个眼波。惠更斯雇用这个想法产生了折射现象的具体理论，同时也说明为什么光线不进入对方瓦解时，他们交叉路径。

当两个具有不同折射率的介质之间的光流传的光束，光束经过折射，转变方向时，从进入第二媒介传递。要断定是否光束是波或粒子组成，每一个模型，可以制订说明的现象（图3）。依据惠更斯“波浪理论，每个角度波前的一小部分应当影响的第二个中期前的休息之前到达的接口。这部分将通过第二个中期开端移动，而其余波仍然是第一中等行驶，但会更慢，由于第二介质的折射率越高。由于波前是两种不同的速度行驶，它会曲折成的第二个中期，从而转变了传布的角度。相比之下，粒子理论，已经相当艰苦的时光来解释为什么光粒子应当改变方向，当他们从一种介质传递到另一个。这一理论的支撑者们建议，垂直接口，一个特别的力气，行为改变粒子的速度，因为他们进入第二个中期。这支军队的确实性质左炒作，从来没有任何证据已经收集到证实的理论。

另一个这两种理论的优良的比拟涉及当光线是从一个光滑，镜面的表面，如一面镜子，反映涌现的分歧，。波浪理论推测，光源发出的各个方向传播的光波。影响镜后，海浪依据达到的角度反应，但每一波转身回到前面发生一个扭转形象（图4）。抵达波的外形很大水平上取决于光源从镜像后多远。光来自亲密源仍坚持球形，高度曲折的波前，而从远处源发出的光传布和影响几乎是平面的波前，镜子。

一个光粒子的性质的情形下，关于反射现象是远远强于它折射。排放源，无论是近或远，轻粒子，反弹或反应从表面光滑流达到镜面。由于粒子非常渺小，一个宏大的数字，都参与了一个传播的光束，旅行并排非常接近。粒子反弹影响镜后，从不同的点，所以他们为了在光束反射后逆转，发生一个扭转形象，如在图4所示。无论是粒子和波理论，充分辩明从一个光滑的表面反射。然而，粒子理论也表明，如果表面很粗糙，颗粒反弹走在不同的角度，散射光。这个理论非常合适紧密合作，以实验视察。

粒子和波的反射

波和粒子理论的一个很好的比拟涉及当光线是从一个光滑，镜面的表面，如一面镜子，反映涌现的分歧，。这种互动式的教程，探讨了如何从一个光滑的表面时，粒子和波的行动反应。

进门教程»

粒子和波也应当有不同的行动时，他们碰到一个对象的边沿，并形成了一层暗影（图5）。牛顿是快速点在他的1704书Opticks，从来不知道“光依照弯曲的通道，也没有弯曲的影子”。这个概念是与粒子的理论，提出光粒子必需始终在直线旅行相一致。如果颗粒遇到障碍的边缘，那么他们将蒙上了一层暗影，因为没有屏障挡住的粒子持续在一条直线上，不能传播背后的边缘。在宏观标准上，这几乎是准确的视察，但它不批准从光的衍射实验中获得的成果，范围要小得多。

当光线通过一个狭小的缝隙通过，光束传播比预期变得更宽。这从基本上主要的观察到光的波动理论发明出大批的公信力。水波一样，光波碰到对象的边沿呈现曲折四周的边沿，并成几何暗影，这是一种不直接通过光束照耀的地域。这种行为是类似于水波围绕的木筏，而不是反映阔别。

近百年之后，牛顿和惠更斯提出了自己的理论，一个英国物理学家命名托马斯杨进行一项试验，大力支撑光波相似性质。由于他以为光的波组成的，年青的理由是，某些类型的互动时，会呈现两个光波会面。为了检验这一假设，他用一个屏幕，其中包括一个单一的，狭小的缝隙中产生相关光束（含波传播相）从普通阳光。当太阳的光芒碰到的缝隙，他们摊开或衍射产生一个单一的波前。如果这方面是可以照亮相邻双开衩，两个相关光的额外起源，完整是在与对方的一步产生的（见图6）的第二个屏幕。光从狭缝每行驶到一个点，两者之间的狭缝中途达到完善的一步。由此产生的波浪，应增强彼此产生一个更大的浪潮。但是，如果一个中心点两侧的点被认为是，然后从之一狭缝的光必需旅行得更远到达第二点对面的中心点。光从狭缝接近这个第二点到达之前，从远远的狭缝的光，所以两波将相互一步，并可能相互抵消，产生黑暗。

粒子和波衍射

研讨如何在入射角变更影响渐逝波的强度和入射光平行和垂直组件的电场矢量之间的关系。

入门教程»

正如他猜忌，年轻的发现，当从第二组的开衩的光波的传播（或衍射），他们满足相互重叠。在某些情形下，重叠的联合，完整在步骤两波。然而，在另一些情形下，光波相联合，无论是稍微或完整脱离与对方的一步。年青人发明，当海浪在步骤满足他们弥补说，一个进程中，已经到了被称为建设性干预。满足走出往的波，将相互抵消，这种现象称为损坏性干扰。在这两个极端之间，会发生不同水平的建设性和损坏性的干扰，以生产具有普遍的振幅波。年青是放在后面的两个狭缝间隔屏幕上能够视察到的干扰的影响。干扰重组的光衍射后，发生了一系列亮点和暗条纹沿着屏幕的长度。

虽然看似主要，年轻的结论并没有被普遍接收的时光，重要是因为尽大多数在粒子理论的信心。除了他的观察光线的干扰，年轻的推测，不同色彩的光有不同长度的波，今天已被普遍接收的一个基础概念组成。相比之下，粒子理论主意，各种色彩的粒子之一不同的群众，或以不同的速度行驶的假想。

干扰的影响不仅限于光。池或池塘表面产生的波会在各个方向传播，并进行相同的行为。两波逐步满足，他们将加在一起，使建设性的干扰较大的波。碰撞是走出去的波，将撤消通过损坏性的干涉对方和生产程度的表面上的水。

甚至更多的光波相似性质的证据被发现，当光束之间的交叉偏光片的行动进行了细心的检讨（图7）。偏光过滤器有一个奇特的分子构造，使只有光有一个单一的方向通过。换句话说，偏光镜可以被视为一个渺小行板条内的偏光资料在一个方向的导向分子的威尼斯盲人的特别类型。如果光束被容许影响偏光片，唯一的方向平行于偏振方向的光线能够通过偏光板。如果第二个偏振片的背后是在同一方向的第一和面向的定位，然后通过第一个偏振片的光传递也将通过第二。

双缝试验

摸索如何由双缝衍射光波的装备可以通过干扰重组产生一系列的反射屏幕上的深色和浅色条纹。本教程让参观者调剂缝隙的间隔，转变造成的干扰模式。

进门教程»

但是，如果第二个偏振片是在一个小角度的旋转，光线穿过量将会降落。当第二个偏振片旋转，所以方向是垂直于第一偏振片，然后通过第一个偏振片的光传递将通过第二。这种后果是波浪理论很轻易解释，但没有把持粒子理论可以解释如何禁止光线通过第二个偏振片。事实上，也没有足够的粒子理论来说明干预和衍射，这将是后来才发明是同一现象的表示情势的影响。

偏振光察看到的影响，发展的概念，光组件垂直于传布方向的横波组成的要害。每一个横向的成分，必需有一个特定的方向定位，使得它可以通过偏振片封闭。只有那些具有横向平行偏光过滤器组件的波通过，和所有其他人将被禁止。

到19世纪中叶，科学家们越来越信任波浪般的光字符，但仍然有一个咄咄逼人的问题。到底是什么光？有了突破性进展时，它是由英国物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦发现，所有情势的电磁辐射代表以雷同的速度通过一个真空的一个持续的光谱，和旅行：186000公里每秒。麦克斯韦的发现有力地钉在粒子理论的棺材，20世纪的曙光，光线和光学理论的基础问题似乎终于得到了回答。

波浪理论的一个重大打击产生在19世纪80年代后期，当科学家们首次发明，在必定条件下，光可以打跑几种金属原子（图8）的电子幕后。固然在第一只好奇和无法解释的现象，它很快就发现，紫外线可以减轻在多种金属的电子的原子，产生一个正电荷。德国物理学家菲利普莱纳德成为这些看法很感兴致，他被称为光电效应。莱纳德用棱镜分成它的组成颜色的白光，然后有选择地集中到一块金属板，驱赶电子每种色彩。

莱纳德发现，迷惑和惊奇他。对于一个特定波长的光（蓝色，例如），电子产生一个恒定的潜力，或固定金额的能源。减少或增添的光量产生的电子解放数目相应增长或减少，但每个人仍然坚持着雷同的能量。换句话说，逃脱他们的原子键的电子的能量取决于光的波长，强度。这是这将是从波浪理论的预期相反。莱纳德还发现了一种波长和能量之间的接洽：较短的波长有更大批的能量的电子。

在19世纪初，当威廉海德沃拉斯顿发现太阳光谱是不持续的光带，投光与原子之间的衔接的基本，但包括了数百名失落波长。映射到相应的500多名失落波长的窄线由德国物理学家约瑟夫冯弗劳恩霍夫分配的最大差距。后来，人们发现，在太阳的外层原子接收特定波长的生产差距。这些看法是一些原子和光线之间的第一环节，基本性的影响，虽然当时没有懂得。

1905年，爱因斯坦推测，光实际上可能有一些粒子的特征，不管一个波浪状的性质的压倒性的证据。在发展自己的量子理论，爱因斯坦提出数学，附着在金属原子的电子可以接收特定的光量（称为量子，但后来改为一个光子），从而有精神来回避。他还推测，假如一个光子的能量的波长成反比，那么短的波长会产生电子具有更高的能量，实际上承担莱纳德的研讨成果从一个假设。

爱因斯坦的理论被凝固在20世纪20年代的美国物理学家明恩康普顿，表明光子势头，一个必要的先决条件，以支撑的理论，物资和能量是可以互换的实验。大约在同一时光，法国科学家路易斯 – 维克托德布罗意提出，所有的物资和辐射类似于一个粒子和波的属性。以下马克斯普朗克的铅，德布罗意，推断有关质量和能量，包含普朗克常数的爱因斯坦的有名公式：

E = MC2 =hν的

其中E是一个粒子的能量，米的质量，c是光速，h是普朗克常数，ν是频率。德布罗意的工作，它涉及到一个粒子的能量和质量的一个波的频率，在一个新的范畴，终极会被用来解释两个波浪状和粒子状光的本质发展的基本。从爱因斯坦，普朗克，德布罗意，Neils玻尔，薛定谔，和其他人试图解释电磁辐射如何可以显示什么现在已经被称为二重性，或粒子状，波浪状的行为的研讨出生了量子力学。有时，光的行为作为一个粒子，并在其他时间为一浪。这种互补性，或双光的行为的作用，可以用来描写所有已察看到的试验，从折射，反射，干预和衍射，，以偏振光和光电效应的成果不等的的已知特征。联合起来，轻工作一起和属性，让我们察看到的宇宙的漂亮。

上海光学仪器厂

/ 五十年历史,重铸辉煌 /

/ 上海光学仪器厂介绍 /