波动说和粒子说之争

物质的波粒二象性微粒说和波动说的跨世纪之争，直到爱因斯坦提出光的波粒二象性才结束，因此波粒二象性的提出有着非常重要的意义，是人类对物质世界认识的又一次飞跃，同时也为量子理论的发展奠定了基础。

本文以波粒二象性发展的全过程为基础，从物理学史方面出发，简要地分析了其整个发展过程与哲学的联系。

标签：波粒二象性；光；电子；物质波；哲学17世纪，牛顿的微粒说和惠更斯的波动说争得不可开交。

1905年3月，爱因斯坦提出光量子假说，从而结束了自牛顿以来关于光的本质的微粒说和波动说的长期争论，第一次揭示了光同时具有波和粒子的双重特性，即波粒二象性。

1899年，J.J.汤姆逊发现了电子（粒子性）。

1927年，G.P.汤姆逊和戴维森证实了电子的波动性。

这刚好给德布罗意的物质波假说提供了有利证据。

在爱因斯坦的光量子论及玻尔的原子量子论的启发之下，考慮到光具有波动与粒子的两重性，德布罗意根据类比的原则，设想实物粒子也可能有粒子与波动两重性，从而提出了物质波假说，并得到著名的德布罗意公式。

电子的波动性被证实，为德布罗意的物质波假说提供了有利证据，一切实物粒子都有波粒二象性。

以后的物理学发展表明，波粒二象性是微观粒子的最基本特征。

一、人们对波粒二象性的认识在经典力学中谈到一个“粒子”时，总意味着这样一个客体，它具有一定的质量、电荷等属性，此即物质的“颗粒性”或“原子性”。

认为粒子具有一定的位置，并且在空间中运动时有一条确切的轨道，即在每一时刻有一定的位置和速度。

在经典力学中谈到一个“波”时，总是意味着某种实际的物理量的空间分布做周期性的变化，而更重要的是呈现出干涉与衍射现象。

干涉与衍射的本质在于波的相干叠加性。

在经典概念下，粒子与波的确难以统一到一个客体上去，那我们究竟应该怎样正确理解微观粒子的粒子与波动二重性呢？只要仔细分析一下实验就可以看出，微观粒子所呈现出来的粒子性，只是经典粒子概念中的“颗粒性”或“原子性”，即总是以具有一定的质量、电荷等属性的客体出现在自然界，但并不与“粒子微观粒子呈现出的波动性，有确切的轨道”的概念有什么必然的联系。

马原：光的粒子性和光的波动性是一对矛盾光的粒子性和光的波动性是一对矛盾，同时又相互联系，是对立统一的关系。

任何事物都是对立和统一的结合体，对立和统一是矛盾双方所固有的两种属性，对立性表现为对立面之间具有相互排斥，相互否定的性质，统一性表现为对立面之间具有相互依存、相互渗透、相互贯通的性质。

矛盾的统一性和对立性是相互联结的。

虽然光的粒子性和波动性看似存在对立，但是缺少任何一方，都无法完美解释光的现象。

在光的微粒说与波动说发生交锋时，牛顿和赞成“波动说”的人并没有换个角度来分析问题，只看到了两者的对立一面，儿没有看到它们的统一性。

爱因斯坦将两者统一起来看将是对光的本质研究的一种升华。

人类对光认识经历了一个非常曲折、漫长的过程。

对光的本质的认识自古就开始。

17世纪初，牛顿光的“微粒说”。

1602年，人们发现光的衍射现象。

1687年，荷兰物理学家惠更斯把光和声波、水波相类比，提出“波动说，提出“以太”的弹性媒质。

但由于它还不够完善，解释不了人们最熟悉的光的直进和颜色的起源等问题，再加上牛顿在学术界的权威和盛名，所以“微粒说”一直占据着主导地位，称雄整个18世纪1801年，年轻的托马斯杨在暗室中做了一个举世闻名的光的干涉实验。

法国物理学家菲涅尔设计了一个实验，成功地演示了明暗相间的衍射。

19世纪中叶精确测定出了光速值。

19世纪后半叶英国物理学家麦克斯韦和德国物理学家赫兹发现并证明了光的电磁理论，“以太”被否定。

20世纪初，爱因斯坦提出光量子理论，并被证实。

总结的过程是一个认识飞跃的过程。

由此可以看出，真理是在不断发展的，认识发展的过程是螺旋式的上升。

我们研究任何事物都要持之以恒，学会否定和质疑，不迷信权威，在立足于实践的基础上，不断发展。

光的微粒说与波动说
人们对于光的理解就像是一场世界大战，而这场旷日持久的世界大战波澜起伏，酣畅淋漓。

对战双方分别是微粒说与波动说，他们分别有着不同的理论与论点。

17世纪的科学巨匠牛顿，也是光学大师，关于光的本性，牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒说。

光的微粒说一提出便得到了十分广泛而又迅速的支持，因为用微粒说可以轻而易举地解释光的直进、反射和折射现象。

但它无法解释几束在空间交叉的光线能彼此互不干扰地独立前进，光线并不是永远走直线，而是可以绕过障碍物的边缘拐弯传播等现象。

尽管如此，牛顿已经建立起了微粒学说的雄伟大厦，以至于近一个世纪都没有物理学家能够撼动。

而提出光的波动说的惠更斯则认为：光线在一个名为发光以太(Luminiferous ether)的介质中以波的形式四射，就像声波水波那样，光波进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉。

波动说用十分简单的理论便证明了微粒说头疼的问题。

就像衍射现象。

光的微粒说与波动说各有各的论点，谁也不能说对方是错的，但
也不能以简洁而又完美的理论说自己是正确的。

于是便展开了旷日持久的大战。

以上，便是微粒说与波动说各自的论点。

关于光的几种学说1．微粒说——牛顿——光是沿直线高速传播的弹性粒子流。

牛顿认为光是一种细微的大小不同的而又迅速运动的粒子，这些粒子遵守力学定律，它们在真空中或均匀介质中由于惯性而作匀速直线运动，因此，光的微粒说能较好地简明直观地解释光的直线传播和光的反射定律以及影的形成和光的色散现象。

(3)微粒说的困难：①解释光的折射定律比较麻烦，根据牛顿的推算，光在介质中速度要比光在真空中速度要大(后来知道这是错误的，可是当时无法判断这个推算正确与否)。

②不能解释光的独立传播定律：如几束光相遇后会彼此毫无妨碍地继续向前传播。

光的独立传播与光的机械微粒流概念是不相容的，它成为微粒说的致命弱点。

③在介质表面同时存在的反射及折射现象：牛顿认为光的反射是由于光微粒受到介质的排斥所致，折射是微粒受到介质的吸引所致，那么一束光射到介质表面时，既有反射又有折射，为什么介质对光微粒“有亲有疏”呢？④光的衍射现象更难用微粒说解释。

2．波动说——惠更斯（早期波动说）——光是某种振动在介质中以波的形式向外传播，即光是某种波。

(1)实验基础：光的独立传播规律。

(2)能解释的现象：波的反射、折射现象比较常见，所以波动说解释光的反射、折射是可以令人信服的；对光叠加后又可无妨碍地继续向前传播的解释，也是比较完美的。

(3)波动说的困难：由于惠更斯时代对光的波长是“很短、很短”这一点还不清楚，因此对光照射到不透明物体后会留下清晰的影子，还解释不了(亦即解释不了光的直线传播规律)尽管当时已发现了光的衍射现象，却没有给波动说提供什么理论优势。

二、微粒说与波动说的争论①争论的焦点：对折射现象的分析，两种学说得到不同结论：微粒说得出光在光密介质中光速大于光疏介质中光速；波动说得出光在光密介质中光速小于光疏介质中光速。

但是，由于当时实验条件限制，无法测量光速，所以无法判断谁对谁错，因此二者争论达一个世纪多。

②微粒说的称雄：两学说几乎是同一时代产生的，各有成功的一方面，但都不能完美地解释当时知道的各种光现象。

光的波动说与微粒说之争及其启示“光的波动说与微粒说之争”是新物理学史上的一堂精彩的讨论课。

它产生于现代物理学领域，在测量实验、计算研究、数学推理、天体观测等诸多领域的发展中，物理学家们一再探索光的特性。

关于光的属性，波动说和微粒说争议不断。

起初，几位著名物理学家，包括斯蒂格利茨、阿基米德和伽利略等，认为光具有传播物质特征，它不仅可以被反射、折射等，而且本质上也具有有机物质的特征，被认为光是由“微粒”或小的实体，通过介质传播，就是今天所谓的“微粒说”。

尽管“微粒说”在物理学领域中被广泛讨论，但后来几位物理学家，包括牛顿、爱因斯坦和弗里德曼等，提出了基于“波动说”的观点。

他们认为，光本质上是一种由电磁场运动所形成的波，不像微粒说那样具有有机物质的性质，而是一种没有物质特性的传播方式，亦即今天所谓的“波动说”。

经过几个世纪的发展，关于光的属性，波动说和微粒说均受到现代物理学家的广泛认可，而“微粒说”更加胜出，它已经成为物理学家认识光的主流理论，而“波动说”成为它的补充，这就是“光的波动说与微粒说之争”。

经过这些讨论，人们开始认识到光具有多种形式，不仅具有波动的特征，还具有粒子的性质。

的确，它的实质是一种不可分割的“光子”，它既有微粒的特性，也有波动的特性，具有非常独特的特征���因此现代物理学中流行量子力学理论。

它将光构想成了一种独特的集子-波和电磁场相互作用的形式，这是爱因斯坦博士微粒说与波动说之争的启示之一。

综上所述，“光的波动说与微粒说之争”是一次精彩的研究和讨论，他们对光具有的属性、发展过程及其特征进行了讨论，最终建立了认识光的新理论。

因此，现代物理学家致力于研究两种理论，以进一步认识光，促进它在科学、工业及非常见领域的应。

“光的本质”之争光的本质一直是物理学者和哲学家们探讨的焦点问题之一。

自古以来，人们都对光的本质及其在自然界中所起的作用充满好奇和研究兴趣。

而随着科学技术的发展和人们对自然规律认识的不断深入，有关光的本质的争论也愈发激烈。

在光的本质之争中，波动说和粒子说是两种主要的观点，分别代表了不同的科学思想和理论观点。

波动说认为光是一种波动现象，在特定的条件下会表现出波的特性，比如衍射、干涉等现象。

波动说的代表人物有赫兹、惠更斯、杨振宁等著名的科学家。

而粒子说则认为光是由一种微粒组成，具有自己的特定质量和能量，这一观点主要由爱因斯坦、光子理论的提出者康普顿等科学家所支持。

波动说和粒子说的争论，也被称为光的本质之争，旷日持久，各有支持者。

波动说的支持者认为，光在特定条件下会表现出波的特性，特别是在双缝干涉实验中，光的波动特性表现得淋漓尽致，这是波动说的有力证据。

泛泛而谈的双缝干涉实验是一个基础性实验，其实验结果直接支持波动说，并成为波动说的有力证据之一。

粒子说的支持者则认为，光的行为在某些情况下表现得更像一种粒子。

比如在光电效应实验中，光的粒子说可以较好地解释实验现象，这是粒子说的有力证据。

粒子说还可以解释光的光强度与频率的关系，以及光子在光散射等现象中的行为，这些都是支持粒子说的重要证据。

光的本质之争，实质上也是对物质论和事物本质的深刻思考。

在古希腊时期，柏拉图和亚里士多德就对“物质是由离散的微粒构成”和“物质是一种连续流动的本质”这两种不同的观点进行过探讨。

这一争论一直贯穿于整个物理学的发展历程中。

在19世纪的欧洲，光的本质争论也引起了众多物理学家的关注。

备受推崇的波动说和粒子说在实验上均有其合理性，并且都可以解释光的很多现象。

但是在量子力学的发展过程中，爱因斯坦提出了光子的概念，从此开启了粒子说的重要阶段。

随着科学技术的不断进步，越来越多的实验结果表明，光在不同的条件下会表现出不同的特性，这也使得人们不断加深对光的本质的理解。

<<从辩证唯物主义观点谈光的波粒二象性>>高中物理课本中“光的波粒二象性”一节中作为对“光的本性”一章的概括性总结，寥寥五百多字将光的本性勾勒得淋漓尽致，不得不让人叹服做作者的物理造诣与文字功力。

但要说服学生接受光既是一种波又是一种粒子无异于在说同一个人既是男人又是女人一样让人难以接受，笔者在从事物理教学过程中曾尝试在概括光的干涉、衍射及光电效应等主要内容的同时，用马克思辨证唯物主义的观点作进一步阐释，收效甚佳。

下面将自己对于光的“波粒二象性”的辨证唯物主义分析的拙见罗列如下，供同行赐教。

一、微粒说和波动说的长期斗争以牛顿为代表的微粒说认为光是微粒流，从光源发生，在均匀介质中遵守力学规律作匀速运动，对于光的反射则用弹性球的反跳来解释，对光的折射则用介质的吸引来阐释，另外牛顿还对光的色散、衍射等现象也作出解释，尽管有些十分牵强，尤其是对光的衍射、色散、干涉的解释。

惠更斯是波动说的代表。

他从波阵面的观点出发，认为将光振动看作在一种特殊介质——“以太”中传播的弹性脉动，而“以太”这种介质则充满了宇宙的全部空间，这便是著名的“惠更斯原理”。

在惠更斯原理中，他未提出波长的概念，因而对光的直线传播的解释十分勉强，而且无法解释偏振现象，对光的色散现象更是束手无策。

牛顿对经典力学的建立作出了空前绝后的贡献，这就很容易使人们用经典力学中机械论的观点去理解光的本性，而惠更斯的波动学说尽管对光的干涉、衍射的解释还比较完美，但其理论构架本身还很粗糙，在许多方面还不够完善，但由于牛顿在物理学界的泰斗地位因而在19世纪长达100多年的时间里，微粒说一直占有主导地位。

值得一提的是，牛顿并未从根本上否定微粒学说，他曾多次提到光可能是一种震动并与声音相类比，他说当光投射到一个物体上时，可能会引起物体中以太粒子的震动，就好象投入水中的石块在水面激起波纹一样，并设想可能正是由于这种波引起干涉现象。

但总的来看，他仍对波动说持否定态度。

科学史上的光的粒子性与波动性争论在科学史上，光的本质一直是一个备受争议的话题。

在17世纪，物理学家认为光是由许多微小的颗粒构成的，称之为“光子”。

直到19世纪初，科学家Michael Faraday和Augustin Fresnel证明了光波理论，认为光是由电磁波构成的。

虽然波动理论受到了公认，但是在20世纪初，科学家又发现了光的粒子性，这令曾经普遍认为的波动理论又陷入了争议。

粒子性假说出现光的粒子性在20世纪初首次被发现，这归功于物理学家Max Planck。

他的热辐射理论解释了热辐射的频谱。

但是，他却假设了一个假设，即为了解释能量的变化，能量只能被束缚在某些较小的包裹中。

这意味着能量量子化，即能量只能以离散的方式传播出去。

这个假设让他想到了光子的概念，即光是由一系列能量量子组成的，这些能量量子表现为以快速运动的粒子形式存在的光。

这一假设的结果是，Planck可以解释热辐射频谱，这使得他获得了Nobel物理学奖。

但是，这个假设对光的粒子性开辟了道路，他的理论在后来与波动理论的争论中一直被提到。

波动性假说的提出而在19世纪初，Augustin Fresnel和Thomas Young发现了光的波动性。

他们通过干涉和衍射实验证明了波动论的合理性。

使用这些观察和实验，他们成功地推导出光的波动假说，并阐明了波动论的特点和性质。

他们认为，光是一种波动，他们的理论非常完整并被广泛接受，成为物理学家们对光的理解的基础。

然而，当Planck提出了他的量子力学理论，将物理学推向了一个新的时代。

这个理论不仅改变了我们对物质的理解，还改变了我们对光的理解。

量子力学证明了物质和能量同时具有波动和颗粒的双重属性。

争论的继续在研究光学的过程中，科学家们不仅发现了光的粒子性和波动性，而且发现光在不同条件下的性质也具有微妙的变化。

例如，当光通过狭缝时，在屏幕上形成一个衍射图案。

但是，当进行双缝实验时，光在屏幕上没有衍射图案，而是形成了干涉条纹。

光的波动说与微粒说之争及其启示物理与工程V o1.18No.52008光的波动说与微粒说之争及其启示方卫红肖晓兰(湖南师范大学物理与信息科学学院,湖南长沙410081)(收稿日期:2007—12-31)摘要本文介绍了波动说和微粒说的提出及争论,得到了关于科学发展和人类进步的启示关键词波动说;微粒说;光的本性1引言普朗克曾经说过:"在科学史中,一个新概念从来都不会是一开头就以其完整的最后形式出现,像古希腊神话雅典娜一下子从宙斯的头脑里跳出来那样".物理学的发展当然也是如此,任何一种理论由提出到发展成熟,都要经历一段艰难而又曲折的路程.在这段历程中,经得起时间考验的部分就保留了下来,没有经得住考验的那部分学说就被人们所遗弃.在时间的考验下,物理学经历着千锤百炼,逐渐形成一套完备的科学理论.在光学的发展史中,关于对光的本性的认识曾经存在着一段激烈的争论.在距今300多年以前的l7世纪,出现了以惠更斯为代表的波动学说和以牛顿为代表的微粒学说的根本对立.虽然牛顿本人曾非常仰慕惠更斯,但是这种对立在当时来说是不可调和的,当时的情形要求人们必须在这两种学说中选择一种,无数科学工作者为之付出了艰辛的劳动.正是由于这两种学说的存在,在以后的二三百年里,人们总是不断地探索光的真面目.这种探索是科学史上的一个典范,它激励着人们对大自然真理的不懈追求,使自然科学得以快速发展,其意义十分巨大,影响十分深远.217世纪波动说与微粒说的倡导者光的波动说的最早提倡者是意大利物理学家格里马第(FraneescoGrimaldi,1618—1663),他首先在实验室里观察到了光的衍射和双光束干涉现象,但是他只是作了一些推测,没有作更深刻的理论分析.而第一个明确考虑了波动说的科学家是英国物理学家胡克(RobertHooke,1635—1703),胡克是17世纪英国最优秀的科学家之一, 同时也是衍射现象的另一个发现者.在光学与力学方面,他的成就仅次于牛顿,而在科学仪器的发明和设计方面,在当时则是无人能比的.第一个提出一个完全新的光理论的人是荷兰物理学家惠更斯(ChristianHuygens,1629—1695).惠更斯是历史上最伟大的数学家,物理学家和天文学家之一.他比牛顿大了13岁,在牛顿之前,他在力学领域多年占据着独一无二的至高地位,他对光的理论,时间测量和天文学等方面的研究达到极高的水平,同时也做出了巨大的贡献.牛顿从他的着作中得到过不少的启示,曾由衷地称他为德高望重的惠更斯(SummusHugenius).光的微粒说的倡导者是17世纪最伟大的科学巨匠——英国着名物理学家,数学家和天文学家艾萨克?牛顿(IsaacNewton,1642—1727).他在物理学上最主要的成就是创立了经典力学的基本体系,从而完成了物理学史上的第一次大综合.他所着的《自然哲学的数学原理》一书是科学史上划时代的伟大着作.可以说在整个科学史上还没有哪一部着作在创新或思维能力方面可以和该书相媲美.牛顿对光的本性也作过深入的研究,做出过重大贡献,他并不完全否定波动说,但更加倾向于支持光的微粒学说.无论是波动学说的支持者还是微粒学说的支持者,他们都是根据当时的一些实验事实进行分析,对现象提出解释,在科学的大殿堂里,各抒己见,推动着科学的发展,可以说仁者见1-,智者见智.然而由于种种原因,微粒说却占据着统治地位.直到200多年以后的19世纪初,波动光学才复兴起来.物理与:c程V o1.18No.520083从对光的本性的争论到波动说的胜利胡克曾明确考虑过波动说,早在1665年他所出版的《显微说》一书中,就主张"光是一种振动",书中提出:发光是说明"运动的部分"返回来了,并提出这种运动不百-jzH-bk,是圆运动,球状运动.也不可能是其他不规则运动,"它是一种很短的振动"l1.在l667年m版的《显微术》一书中.他写道:"在均匀媒质中.这种运动在各个方向都以同一速度传播,所以发光体的每个脉冲或振动都必然会形成一个球面.这个球面不断扩大,就如同把石块投进水中在水面一点周围的波或环,膨胀为越来越大的圆环一样(尽管要快得多).由此可见,在均匀媒质中激起的这些球面的所有部分都与射线以直角相交."j我们可以看出,当时胡克认为光是类似于水波的某种快速脉冲.他利用类比思想,将光类似地理解为机械波.但在这里他并没讲光是类似于水波的横波,还是类似于声波的纵波.在科学界中,光的波动学说已经崭露头角,与此同时,还是学生的牛顿就利用在家乡度假的时间做了一系列的光学实验.他首次利用棱镜制作了光谱仪,真正揭示了颜色的本质.1672年2月,在他的论文《论光和颜色的新理论》中写道:"通常的白光确实是每一种不同颜色的光线的混合,光谱的伸长是由于玻璃对这些不同的光线折射本领不同"l3j.为此他总结道:"因为颜色这样的质起源于光之中,所以现在有充分的根据认为光是实体"L4J.由此可以看出,牛顿此时已将光看作是实物粒子了.对于牛顿的这些见解,支持波动说的胡克提出了很多问题,论文一发表,胡克就写信给皇家学会说:我不能认为它是惟一的假设,……但是,要承认他的第一个命题:"光是一个物体,会有这样多颜色或等级,会有这样多种物体,全混合在一起成为白色……"是困难的.并且胡克认为他可以用波动观点解释牛顿的实验,而牛顿的理论却无法解释他所研究的薄膜颜色.为了回答胡克提出的问题,牛顿着手对薄膜光环进行了一系列实验观察,结果却发现了"牛顿环"现象.通过精确的测量和计算,借助"以太"首次提出了光的周期性概念,对此现象作出了细致的,定量的解释【5J.由此我们可以看出,牛顿虽然支持微粒说, 可是自己的实验却得到了波动说的一些性质,所以自己对波动说在一定程度上有所认同.因此,他对光环中的"干涉"没作进一步的研究,后来牛顿在微粒说与波动说之间踌躇地选择支持微粒说.惠更斯发展了胡克的思想.他进一步提出光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的"以太"中的传播过程.1678年他向巴黎的法国科学院报告了自己的论点,并于1690年取名《光论》正式发表.他是这样反驳光的微粒说的:假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播,以及光线从不同的地点甚至是完全相同的地方发出时,其射线在传播中一条穿过另一条而互相毫无影响,就完全可以明F1:当我们看到发光的物体时,绝不会是由于这个物体发出的物质迁移所引起,就像穿过空气的子弹或箭那样."因此,光一定是以一种不同的方式传播的,而关于声音在空气中传播的知识恰好可以使我们理解这种传播方式." "现在,光无疑也是从发光体通过某种传给媒介物质的运动而到达我们的,因为我们已经看到从发光体到达我们的光不可能是由物体传递来的.正如我们即将研究的,如果光在其路径上传播需要时间,那么传给物质的这种运动就一定是逐渐的, 像声音一样,它也一定是以球面波的形式传播的."DJ惠更斯非常巧妙地指出了微粒说的矛盾,认为既然光不是微粒性的,那就应该是其他的性质,随后就将光类比于声音,解决了这一矛盾,但是,惠更斯的理论不能解释光的干涉,衍射和偏振现象,因为他认为光是像声音一样的纵波.而且当时也没有建立起周期性的概念,甚至可以说他明确排斥了光的周期性.1704年,胡克去世以后,牛顿《光学》着作问世,牛顿反对波动说的理由是:第一,光的波动说不能很好地说明光的直线传播这一最基本的事实;第二,波动说不能解释光的偏振现象;第三,以太的存在同行星的运动未受阻碍的事实相矛盾].在惠更斯指出牛顿的微粒说的矛盾后,牛顿同样在承认波动说的一些思想的同时,也指出了波动说所不能解释的现象.因此,19世纪以前, 微粒说一直占据着统治地位.大体上归纳为以下几个方面的原因:(1)惠更斯的波动说本身的不完善性,还不能使人们接受它,而解决微粒说和波动说争论的判决性实验——光速的测定,还无法在实验室内进行,故使两种"学说"的争论延长了时间.(2)在17,18两个世纪,研究机械运动的科物理与工程V o1.18No.52008学已经建立,并取得很大的成就.这种传统的观念也影响着人们习惯于用机械论微粒说来解释光的本性.(3)由于牛顿的权威,使得他的追随者们对波动性视而不见_1j.所以从这里我们可以看出,也许是由于传统思想根深蒂固,当时的人们要求这些科学家们选择这两种学说中的一种,谁也没有想到要用波粒二象性去概括光的本性.因此, 科学是迫切要求人们不断解放思想,除旧布新,摆脱旧观念的束缚的.但是,微粒说占据统治地位以后.人们并没有放弃波动说.18世纪欧勒和富兰克林是仅有的提倡波动说的杰出人物.欧勒在1750年出版的《致Et耳曼公主关于物理学中几个问题》的信中,以振动持续时间的不同来解释颜色的差别,推测眼睛对不同物质具有防止色散的性质,并建议以两种不同的物质来制备透镜,以便消除色差].欧勒不畏权威,揭示了颜色的本质,对科学真理追求的精神值得后人学习.牛顿《光学》问世的一个世纪以来,波动理论没有多大的进展,直到英国的一名医生托马斯?杨(ThomasY oung,17731829)在1801年用波动理论成功地解释了干涉现象后,波动学说才重新抬起头来.而干涉现象正是距当时100多年前惠更斯所无法解释的.他是这样阐述他的干涉原理的:"当同一束光的两部分从不同的路径,精确或者非常接近地沿同一方向进入人眼,则在光线的路程差是某一长度的整数倍处,光将最强,而在干涉区之间的中间带则最弱,这一长度对于不同颜色的光是不同的.,ffz]同时,他还明确指出演示干涉实验的成功关键是这两部分光必须发自同一光源,许多人想尝试这类实验往往都因用的是两个不同的光源而失败.杨氏双缝干涉实验的成功为托马斯?杨的波动学说提供了很好的证据,这对牛顿的微粒说来说是严重的挑战.结果,由于他提出干涉原理受到了权威学者的围攻,一二十年内,竟无人理解他的工作.经过几年的研究,托马斯?杨也发现他的干涉理论的不足之处,渐渐地领悟到要用横波的概念来代替纵波.直到法国工程师菲涅耳(AugustinJeanFresnel,1788—1827)以光是横波为出发点,开创了光学研究的新阶段,成为"物理光学的缔造者".菲涅耳很贫困,但他并没因为经济上的困难而放弃对物理学的爱好,而是利用业余时间进行物理研究.1818年他参加了法国科学院的关于光学的悬奖征文,主持活动的评委们都是着名的科学家,同时也是微粒说的积极拥护者,如:毕奥,拉普拉斯和泊松.评奖委员会的本意是希望通过这次活动,鼓励用微粒理论解释衍射现象,以期取得微粒理论的决定性胜利.出乎意料的是,不知名的学者菲涅耳却以严密的数学推理,从横波观点出发,圆满地解释了光的偏振,并定量解释了衍射.后来,还发现了泊松亮点. 就在微粒说"走向最终胜利"的前夕,波动说彻底地"战胜"了微粒说,从而使得几年内微粒说的声誉丧失殆尽,光学进入新的弹性以太光学时期.波动学说的胜利是来之不易的,经历了两百多年的时间,是很多科学家心血的结晶.倘若托马斯?杨在他的理论无人问津的情况下放弃对光的进一步探索,也许横波理论就会被晚发现很多年; 倘若菲涅耳在经济困难面前放弃对物理学的研究,也许微粒说真的就在19世纪取得了"决定性的胜利".这段科学史再一次告诉我们,科学面前不可以迷信权威,要勇于挑战权威,坚定信念.科学理论的发展是一个漫长的积累和斗争过程,任何新事物的出现和被认同都要经历一段曲折的路程.人们应该在艰难险阻面前坚定自己的信念,直到胜利的到来.4启示19世纪波动理论虽然胜利了,但并不是最终的胜利,也不是人类对光本性认识的终结,它只是对光本性认识的第一步,它还是没有摆脱光的机械观,而是假定了"以太"的存在,这实际上是错误的.直到后来,科学家们建立起了光的电磁理论, 光学理论又得到了进一步的发展.今天,人们认为光的本性是光量子波粒二象性的辩证统一.到目前为止,人类对光本性的认识仍未终结.正如爱因斯坦在1951年总结他的探索时所言:"整整5O年有意识的思考还没有使我更接近光量子是什么的答案,当然今天每一个不老实的人认为他知道答案,但他是在欺骗他自己".对于光量子,我们至少还可以提出这样的问题:光量子还有没有内部结构?光量子还能再分吗?光子真的没有静止质量吗?科学迫使我们创造新的观念和新的理论,它们的任务是拆除那些常常阻碍科学向前发展的矛盾之墙.所有重要的科学观念都是在现实与我们物理与工程V o1.18No.52008的理解之间发生剧烈冲突时诞生的,这里又是一个需要有新的原理才能求解的问题l8.这些问题都还有待我们去解决,事物的发展是不断的,我们的认识也将不断进步.科学发展带给人们的财富不仅仅是科学本身,我们还要注意到更加重要的影响.这300多年对光学本性的讨论告诉我们:科学的发展是永无止境的,它是一个漫长的积累和斗争过程,对任何事物的认识也是一个发展过程.特别是17世纪到18世纪波动说与微粒说的争论更让我们清晰地认识到,科学要进步,技术要发展,就离不开人们的探索,离不开科学工作者的心血,离不开发扬百家争鸣,团结合作的大环境,离不开不迷信于权威,敢于向权威提出挑战的求实精神.相信只要人们在困难面前不轻易动摇自己的科学信念,以辩证唯物主义方法论为指导,解放思想,实事求是,就一定会在科学的发展上建立一个又一个新里程碑式的功勋.参考文献[1]教育部组织编写.中学新课标资源库(物理卷).北京:北京工业大学出版社,2004.1】9,120,121[2]郭奕玲,沈慧君.物理学史(第二版).北京:清华大学出版社,2005.135,136,138[3]H.S.塞耶.牛顿自然哲学着作选.上海:人民出版社, 1974.81～118[4]广重彻.物理学史.北京:求实出版社,1988.48[5]姚春梅,文定忠,王成字.牛顿的光学思想及其影响.大学物理,1997,16(4):32[6]仲扣庄.类比方法与光的本性的探索.大学物理,2003,22 (10)±39[7]申先甲.物理学史教程.长沙:湖南教育出版社,1986.185 [83爱因斯坦,英费尔德.物理学的进化.长沙:湖南教育出版社,1999.186(上接第54负)积极地参与了由库查托夫(IgorKurchatov)领导的核武器研制工作.上苍对朗道似乎有些不公正,正值他步入理论物理学研究的巅峰期,1962年1月7日,在通往杜布纳(Dubna)的公路上发生了一起车祸,同车的其他人都安然无恙,惟有朗道因这起车祸而身受重伤,断了11根骨头并头骨骨折.经过苏联及捷克斯洛伐克,法国和加拿大等国的医学教授非同寻常的努力,拯救其生命的治疗方案几个月后获得成功,朗道的生命被延长了,但他的物理学生涯却就此了结.6年后的1968年4月1日,朗道在莫斯科与世长辞,享年6O岁,可以说是英年早逝.朗道的一生可以说是多姿多彩,辉煌伟大,光明磊落,但却坎坷而不幸的.对于这位被人们誉为"科学怪杰"的物理学全才,朗道的恩师卡皮查给他做了一个恰如其分的评价:"朗道在整个理论物理学领域中都做了T作,所有这些工作都可以用一个词来描述～卓越."而作为一个常人,他是"简单化作风和民主作风,无限偏执和过分自信的奇妙混合体."正是这种矛盾的性格,或许就是朗道当年成为苏联强权政治下的受害者的主要原因,同时也是导致他在工作中出现失误的主要缘由.我们在深深地敬仰这位顶尖的世界级物理学大师的同时,还能从他所蒙受过的不白之冤以及过于自负而导致的较大失误中,获得哪些有益的启示呢?参考文献[1]郭奕玲,沈慧君.诺贝尔物理学奖一百年.上海:上海科学普及出版社,2002.220～221[2]ndau…AGreatPhysicistandTeacher. PergamonPress,1980[3]VitalyL.Ginzburg.朗道与物理及物理学家.马红编译.物理,1990.8[4]MemoriesofLandau,Nauka,Moscow,(1988),Englished.tObepubulishedbyPergamon[5]弗?杨赫诺.朗道的生活和工作.自然辩证法通讯.1979,(4)[6]Weber,R.I:PioneersofScience,TheInstituteofPhysics,Bristo1.1980。