光的本性的研究历程

光本性认识之发展历程自古以来，人类一直对光有着浓厚的兴趣，并不断探索光的本性和性质。

随着科学技术的进步，人们对光的认识也在不断深化和发展。

本文将从古代到现代，梳理光的本性认识之发展历程。

古代认识光的本性主要集中在光的传播和反射方面。

在古希腊时代，亚里士多德的传感理论认为光是由物体发出的一种物质，而光的传播是通过这种物质从视觉对象传开的。

然而，亚里士多德的理论在解释光的传播性质上存在着种种问题。

随着科学思想的演进，伽利略和维塞利亚等科学家开始对光进行实验和观察。

伽利略的实验揭示出光在空气中以直线传播，并能够发生折射。

维塞利亚的实验进一步证明了光的传播性质，他使用了狭缝来研究光的传播，发现光通过狭缝后会产生衍射现象。

这些实验与观察结果巨大地推动了光的本性认识的进展。

到了17世纪，哈克将光的传播性质与粒子模型相结合，提出了光由小颗粒（现在称作光子）组成的理论。

这一理论解释了光直线传播和折射现象，但无法解释光的颜色和衍射现象。

随后，荷兰物理学家霍普完成了著名的实验，证明了光的波动性质。

他使用了两个狭缝来研究光的衍射现象，发现光在通过狭缝之后形成了明暗相间的斑纹，这一实验结果证明了光的波动性质。

19世纪初，光的本性认识迈入了一个新的阶段。

迈克尔逊和莫雷在1887年进行了一项著名的实验，用以测量以太的存在。

然而，实验结果却意外地未能检测到以太，从而推翻了以太理论。

这次实验的失败促使爱因斯坦在十几年后提出了相对论，其中包括了光速不变的原理。

爱因斯坦的理论将光的速度视为宇宙常数，使得我们对光的本性有了更深入的认识。

进入20世纪，量子力学的发展对光的本性认识产生了重要影响。

玻尔提出了光子的概念，解释了光的能量和波动性。

根据玻尔的理论，光可以看作是粒子的形式，而每个光子都具有一定的能量。

这一理论不仅解释了光的辐射和吸收现象，还为后来激光和光电子技术的发展奠定了基础。

到了现代，光的本性认识越发深入。

人们发现光具有量子特性，可以表现出波粒二象性。

浅谈光的本性认知发展历程作者：师家庆来源：《文存阅刊》2020年第14期摘要：自然科学的发展是人类不断揭露矛盾和克服矛盾的过程。

它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的，但也有很多的理论是在科学技术发展前提下对众多的科学假说进行证实或者部分证实的产物，这一产物本身其实也不是完美的，而是一个新的、有质的飞跃的一个新的假说。

其中，光学中对于光的本性——波粒二象性的描述就是很典型的例子。

关键词：理论;科学假说;光学;波粒二象性一、光学的早期发展光学是一门古老而又年轻的学科。

中国的《墨经》、希腊的《光学》等书中，均对光的一些规律进行了描述。

从这时候开始，一直到15世纪末16世纪初是光学发展的萌芽时期。

在这一阶段，所有光学的研究均未涉及光的本性。

二、光的微粒说17世纪中叶，人类开始对光的本质进行探讨。

人们在光的反射、折射等理论的基础上，提出了光的微粒说。

最早由笛卡尔提出。

在力学、数学、天文学的发展中作出巨大贡献的牛顿发展了该模型，提出了光的微粒理论并着手通过实验来验证自己的假说。

然而，在他的很多实验中，结论指向了波动性，如牛顿环实验等。

由此使得牛顿在光的本性问题上犹豫了很久。

微粒说可以很好地解释光的直线传播、反射、折射定律，但对于干涉、衍射、偏振等现象的解释相当勉强，以致牛顿不得不在微粒说中添加了“振动”的因素，认为光微粒在传播途中会受到媒质振动的影响，从而使得光的微粒说能够站住脚。

由于牛顿在自然科学界的巨大声望，使得微粒说在整个18世纪占统治地位。

三、光的波动说1655年，意大利数学教授格里马第观测放在光束中的小棍子的影子时，发现了影子的宽度和直线传播前提下影子的宽度是有差距的。

据此他推想光可能是与水波类似的一种流体。

格里马第设计了一个实验：让一束光穿过小孔后照到暗室里的一个屏幕上。

他发现光线通过小孔后的光影明显变宽了。

格里马第进一步实验，他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕，这时得到了明暗条纹。

人类对光的认识过程人类对光的本性认识经历了一个非常曲折、漫长的过程，这其中不仅仅使我们获得了很多知识，更重要的是对科学精神和科学发现的理解更深刻了。

光的本性认识历史--摘自《重要物理概念规律的形成与发展》乔际平刘甲珉编著人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月，大约在十七世纪形成了两种对立的学说，即光的波动说与微粒说，但在以后很长一段时期内，微粒说占据统治地位，而波动说几乎消声匿迹.历史发展到十九世纪初，由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴，并压倒了微粒说.二十世纪初，爱因斯坦提出了光的量子说，康普顿证实了光的粒子性，使人们对光的本性又有全新的认识，乃至到今天，人们认识到光具有波粒二象性.人们对光的本性的认识过程可概括为:光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性.一、光的波动说的形成十七世纪形成了关于光的本性的两种学说，历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人.1.笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程十七世纪上半叶，法国物理学家笛卡儿(1596-1650)曾用他提出的"以太"假说来说明光的本性.他用以太中的压力来说明光的传播过程.如果一物体被加热并发光，这意味着，物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力.这一媒质被称为以太，它充满了整个空间.压力向四面八方传播，在达到人眼后引起人的感觉，他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在，他把光的颜色设想为起源于以太粒子的不同的转动速度，转得快的引起红色的感觉，转得慢的对应于黄色，最慢的是绿色和蓝色.他的主张是强调媒质的影响，以"作用"的传播为出发点，特别是以接触作用或近距作用为出发点，把光看作压力或者脉动运动的传播，因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人.2.胡克把光波与水波类比指出光的波动性胡克在1665年出版的《显微术》一书，明确提出光是一种振动.他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例，认为发光体的一部分处在或多或少的运动中，又因金刚石很硬，肯定它是一种很短的振动.在分析光的传播时，胡克提到了光速的大小是有限的，并认为"在一种均匀媒介中，这一运动在各个方向都以相等的速度传播"，因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展，犹如石子投入水中所形成的波那样，而射线和波面交成直角.胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究，提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合.这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念.3.惠更斯把光波与声波类比提出惠更斯原理，发展了光的波动学说荷兰物理学家惠更斯(1629-1695)在十七世纪七十年代，从事光的波动论的研究，1690年出版了他的著名著作《论光》.惠更斯从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动.他的研究发现:"光线向各个方面以极高的速度传播，并且光线从不同的地点出发时，光线在传播中相互穿过而互不影响.当我们看到发光的物体时，决不会是由于该物体有任何物质传输到我们这里，好象一粒子弹或一只箭穿过空气那样".从这里可看出，惠更斯从光束在传播中相互交叉时并不彼此妨碍的事实得出上述结论的.他把光的传播方式和声音在空气中的传播作比较，明确地指出了光是一种波动的思想.他又根据光速的有限性论证了光是从媒质的一部分依次向其他部分传播的一种运动，他认为光和声波、水波一样是一种球面波.惠更斯不但从现象上解释各种光的波动现象，而且试图从理论的高度总结出普遍的规律，他提出了著名的惠更斯原理.他叙述说:"关于这些波的形成过程还必须指出，当光在物质中传播时，物质的每一个粒子都应当把它的运动不仅传递给位于它与发光点的连线上近旁的粒子，它也必然把运动传递给所有与它接触并阻碍它运动的其它粒子.因此，在粒子的周围就应当形成波，而该粒子则是波的中心".运用这个次波原理，惠更斯不但成功地解释了反射和折射定律，而且还解释了方解石的双折射现象.惠更斯没有给波动过程以严密的数学描述.没有提到波长的概念，他的次波包络面也没有从一定位相的迭加所造成的强度分布来考虑，只不过是光传播的一种几何的定性说明，故仍旧停留在几何光学的观念范围内.由于他认为光波和声波一样是一种纵波，因此他无法解释光的偏振现象;而且惠更斯所谓的波动实际上只是一种脉冲而不是一个波列，也没有建立起波动过程的周期性概念，因此，用他的理论无法解释颜色的起源，也不能说明干涉、衍射等有关光的本质的现象.总之，十七世纪，由笛卡儿、胡克、惠更斯等人所建立起的光的波动学说还是很不成熟的.二、光的微粒说的形成在光的波动学说形成过程中，关于光的本性另一种对立学说--光的微粒说也逐步建立起来了。

人类对光的认识过程光的本性认识历史--摘自《重要物理概念规律的形成与发展》乔际平刘甲珉编著人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月，大约在十七世纪形成了两种对立的学说，即光的波动说与微粒说，但在以后很长一段时期内，微粒说占据统治地位，而波动说几乎消声匿迹.历史发展到十九世纪初，由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴，并压倒了微粒说.二十世纪初，爱因斯坦提出了光的量子说，康普顿证实了光的粒子性，使人们对光的本性又有全新的认识，乃至到今天，人们认识到光具有波粒二象性.人们对光的本性的认识过程可概括为:光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性.一、光的波动说的形成十七世纪形成了关于光的本性的两种学说，历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人.1.笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程十七世纪上半叶，法国物理学家笛卡儿(1596-1650)曾用他提出的"以太"假说来说明光的本性.他用以太中的压力来说明光的传播过程.如果一物体被加热并发光，这意味着，物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力.这一媒质被称为以太，它充满了整个空间.压力向四面八方传播，在达到人眼后引起人的感觉，他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在，他把光的颜色设想为起源于以太粒子的不同的转动速度，转得快的引起红色的感觉，转得慢的对应于黄色，最慢的是绿色和蓝色.他的主张是强调媒质的影响，以"作用"的传播为出发点，特别是以接触作用或近距作用为出发点，把光看作压力或者脉动运动的传播，因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人.2.胡克把光波与水波类比指出光的波动性胡克在1665年出版的《显微术》一书，明确提出光是一种振动.他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例，认为发光体的一部分处在或多或少的运动中，又因金刚石很硬，肯定它是一种很短的振动.在分析光的传播时，胡克提到了光速的大小是有限的，并认为"在一种均匀媒介中，这一运动在各个方向都以相等的速度传播"，因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展，犹如石子投入水中所形成的波那样，而射线和波面交成直角.胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究，提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合.这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念.3.惠更斯把光波与声波类比提出惠更斯原理，发展了光的波动学说荷兰物理学家惠更斯(1629-1695)在十七世纪七十年代，从事光的波动论的研究，1690年出版了他的著名著作《论光》.惠更斯从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动.他的研究发现:"光线向各个方面以极高的速度传播，并且光线从不同的地点出发时，光线在传播中相互穿过而互不影响.当我们看到发光的物体时，决不会是由于该物体有任何物质传输到我们这里，好象一粒子弹或一只箭穿过空气那样".从这里可看出，惠更斯从光束在传播中相互交叉时并不彼此妨碍的事实得出上述结论的.他把光的传播方式和声音在空气中的传播作比较，明确地指出了光是一种波动的思想.他又根据光速的有限性论证了光是从媒质的一部分依次向其他部分传播的一种运动，他认为光和声波、水波一样是一种球面波.惠更斯不但从现象上解释各种光的波动现象，而且试图从理论的高度总结出普遍的规律，他提出了著名的惠更斯原理.他叙述说:"关于这些波的形成过程还必须指出，当光在物质中传播时，物质的每一个粒子都应当把它的运动不仅传递给位于它与发光点的连线上近旁的粒子，它也必然把运动传递给所有与它接触并阻碍它运动的其它粒子.因此，在粒子的周围就应当形成波，而该粒子则是波的中心".运用这个次波原理，惠更斯不但成功地解释了反射和折射定律，而且还解释了方解石的双折射现象.惠更斯没有给波动过程以严密的数学描述.没有提到波长的概念，他的次波包络面也没有从一定位相的迭加所造成的强度分布来考虑，只不过是光传播的一种几何的定性说明，故仍旧停留在几何光学的观念范围内.由于他认为光波和声波一样是一种纵波，因此他无法解释光的偏振现象;而且惠更斯所谓的波动实际上只是一种脉冲而不是一个波列，也没有建立起波动过程的周期性概念，因此，用他的理论无法解释颜色的起源，也不能说明干涉、衍射等有关光的本质的现象.总之，十七世纪，由笛卡儿、胡克、惠更斯等人所建立起的光的波动学说还是很不成熟的.二、光的微粒说的形成在光的波动学说形成过程中，关于光的本性另一种对立学说--光的微粒说也逐步建立起来了。

人类对光的认识人类从黑暗中走出来，是人类对光的认识，而认识光本身却经历了一个非常曲折、漫长的过程。

光的发展史可追溯到2000多年前，中国早在公元前400多年(先秦时代) 的《墨经》中就有对光的记载，这是世界上最早的记载人类对光的认识。

而总结人们对光的本性的认识过程可概括为：光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性。

一、光的波动说的形成十七世纪，法国物理学家笛卡儿用他提出的“以太”假说来说明光的本性。

他的主张是强调媒质的影响，以“作用”的传播为出发点，特别是以接触作用或近距作用为出发点，把光看作压力或者脉动运动的传播。

因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人。

而胡克在其出版的《显微术》一书，明确提出光是一种振动。

在分析光的传播时，胡克提到了光速的大小是有限的，并认为“在一种均匀媒介中，这一运动在各个方向都以相等的速度传播。

”这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念。

到了惠更斯，则从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动。

他明确地指出了光是一种波动的思想。

他提出了著名的惠更斯原理，运用这个原理，惠更斯不但成功地解释了反射和折射定律，而且还解释了双折射现象。

但是十七世纪，由笛卡儿、胡克、惠更斯等人所建立起的光的波动学说还是很不成熟的，而人类对光的认识也仅仅是个开端。

二、光的微粒说的形成一般，人们都认为牛顿是微粒说的代表，牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”。

用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的，在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便。

当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射。

虽然说这样的解释并不理想，但在当时来说已经足以说明光的本性了。

三、光的波动说的复兴在十八世纪由于光的微粒说占统治地位，使光的波动理论实际上没有什么进展。

十九世纪初由于一大批物理学家的共同努力，使光的波动学说再度复兴，并取得了极大的成功。