光的波動說與微粒說之爭

光的波動說與微粒說之爭第一頁，共十八頁，2022年，8月28日

格里馬實驗：讓一束光穿過一個小孔，讓這束光穿過小孔后照到暗室里的一個屏幕上。他發(fā)現(xiàn)光線通過小孔后的光影明顯變寬了。格里馬第進行了進一步的實驗，他讓一束光穿過兩個小孔后照到暗室里的屏幕上，這時得到了有明暗條紋的圖像。他認(rèn)為這種現(xiàn)象與水波十分相像.

格里馬第二頁，共十八頁，2022年，8月28日光的衍射得出結(jié)論：光是一種能夠作波浪式運動的流體，光的不同顏色是波動頻率不同的結(jié)果。格里馬第一個提出了“光的衍射”這一概念，是光的波動學(xué)說最早的倡導(dǎo)者。第三頁，共十八頁，2022年，8月28日1663年，英國科學(xué)家波義耳提出了物體的顏色不是物體本身的性質(zhì)，而是光照射在物體上產(chǎn)生的效果。他第一次記載了肥皂泡和玻璃球中的彩色條紋。這一發(fā)現(xiàn)與格里馬第的說法有不謀而合之處，為后來的研究奠定了基礎(chǔ)。

波義耳第四頁，共十八頁，2022年，8月28日

不久后，英國物理學(xué)家胡克重復(fù)了格里馬第的試驗，并通過對肥皂泡膜的顏色的觀察提出了“光是以太的一種縱向波”的假說。根據(jù)這一假說，胡克也認(rèn)為光的顏色是由其頻率決定的。

胡克第五頁，共十八頁，2022年，8月28日

1672年，偉大的牛頓在他的論文《關(guān)于光和色的新理論》中談到他所作的光的色散實驗：讓太陽光通過一個小孔后照在暗室里的棱鏡上，在對面的墻壁上會得到一個彩色光譜。光的色散實驗第六頁，共十八頁，2022年，8月28日他認(rèn)為，光的復(fù)合和分解就像不同顏色的微?；旌显谝黄鹩直环珠_一樣。在這篇論文里他用微粒說闡述了光的顏色理論。第一次波動說與粒子說的爭論由“光的顏色”這根導(dǎo)火索引燃了。從此胡克與牛頓之間展開了漫長而激烈的爭論。牛頓第七頁，共十八頁，2022年，8月28日1672年2月6日，以胡克為主席，由胡克和波義耳等組成的英國皇家學(xué)會評議委員會對牛頓提交的論文《關(guān)于光和色的新理論》基本上持以否定的態(tài)度。牛頓開始并沒有完全否定波動說，也不是微粒說偏執(zhí)的支持者。但在爭論展開以后，牛頓在很多論文中對胡克的波動說進行了反駁。由于此時的牛頓和胡克都沒有形成完整的理論，因此波動說和微粒說之間的論戰(zhàn)并沒有全面展開。

但科學(xué)上的爭論就是這樣，一旦產(chǎn)生便要尋個水落石出。第八頁，共十八頁，2022年，8月28日1666年，惠更斯應(yīng)邀來到巴黎科學(xué)院以后，并開始了對物理光學(xué)的研究?；莞拐J(rèn)為，光是一種機械波；光波是一種靠物質(zhì)載體來傳播的縱向波，傳播它的物質(zhì)載體是“以太”；波面上的各點本身就是引起媒質(zhì)振動的波源。根據(jù)這一理論，惠更斯證明了光的反射定律和折射定律，也比較好的解釋了光的衍射、雙折射現(xiàn)象和著名的“牛頓環(huán)”實驗?；莞沟牟▌诱f：光的反射光的折射第九頁，共十八頁，2022年，8月28日惠更斯又舉出了一個生活中的例子來反駁微粒說。如果光是由粒子組成的，那么在光的傳播過程中各粒子必然互相碰撞，這樣一定會導(dǎo)致光的傳播方向的改變。而事實并非如此。第十頁，共十八頁，2022年，8月28日就在惠更斯積極的宣傳波動學(xué)說的同時，牛頓的微粒學(xué)說也逐步的建立起來了。牛頓修改和完善了他的光學(xué)著作《光學(xué)》?；诟黝悓嶒?，在《光學(xué)》一書中，牛頓一方面提出了兩點反駁惠更斯的理由：第一，光如果是一種波，它應(yīng)該同聲波一樣可以繞過障礙物、不會產(chǎn)生影子；第二，冰洲石的雙折射現(xiàn)象說明光在不同的邊上有不同的性質(zhì)，波動說無法解釋其原因。另一方面，牛頓把他的物質(zhì)微粒觀推廣到了整個自然界，并與他的質(zhì)點力學(xué)體系融為一體，為微粒說找到了堅強的后盾。隨著牛頓聲望的提高，人們對他的理論頂禮膜拜，重復(fù)他的實驗，并堅信與他相同的結(jié)論。整個十八世紀(jì)，幾乎無人向微粒說挑戰(zhàn)，也很少再有人對光的本性作進一步的研究。第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日

1800托馬斯·楊年寫成了論文《關(guān)于光和聲的實驗和問題》。在這篇論文中，楊氏把光和聲進行類比，因為二者在重疊后都有加強或減弱的現(xiàn)象，他認(rèn)為光是在以太流中傳播的彈性振動，并指出光是以縱波形式傳播的。他同時指出光的不同顏色和聲的不同頻率是相似的。1801年，楊氏進行了著名的楊氏雙縫干涉實驗。實驗所使用的白屏上明暗相間的黑白條紋證明了光的干涉現(xiàn)象，從而證明了光是一種波。托馬斯·楊的貢獻：楊氏雙縫干涉實驗第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日1803年，楊氏寫成了論文《物理光學(xué)的實驗和計算》。他根據(jù)光的干涉定律對光的衍射現(xiàn)象作了進一步的解釋，認(rèn)為衍射是由直射光束與反射光束干涉形成的。但由于他認(rèn)為光是一種縱波，所以在理論上遇到了很多麻煩。他的理論受到了英國政治家布魯厄姆的尖刻的批評，被稱作是“不合邏輯的”、“荒謬的”、“毫無價值的”。1808年，拉普拉斯用微粒說分析了光的雙折射線現(xiàn)象，批駁了楊氏的波動說。1809年，馬呂斯在試驗中發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。在進一步研究光的簡單折射中的偏振時，他發(fā)現(xiàn)光在折射時是部分偏振的。因為惠更斯曾提出過光是一種縱波，而縱波不可能發(fā)生這樣的偏振，這一發(fā)現(xiàn)成為了反對波動說的有利證據(jù)。第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日面對種種不利情況，楊氏對光學(xué)再次進行了深入的研究，1817年，他放棄了惠更斯的光是一種縱波的說法，提出了光是一種橫波的假說，比較成功的解釋了光的偏振現(xiàn)象。吸收了一些牛頓派的看法之后，他又建立了新的波動說理論。1819年，菲涅耳成功的完成了對由兩個平面鏡所產(chǎn)生的相干光源進行的光的干涉實驗，繼楊氏干涉實驗之后再次證明了光的波動說。托馬斯楊菲涅爾第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日1882年，德國天文學(xué)家夫瑯和費首次用光柵研究了光的衍射現(xiàn)象。在他之后，德國另一位物理學(xué)家施維爾德根據(jù)新的光波學(xué)說，對光通過光柵后的衍射現(xiàn)象進行了成功的解釋。至此，新的波動學(xué)說牢固的建立起來了。微粒說開始轉(zhuǎn)向劣勢。1887年，德國科學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，光的粒子性再一次被證明！

赫茲光電效應(yīng)第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日二十世紀(jì)初，普朗克和愛因斯坦提出了光的量子學(xué)說。1905年3月，愛因斯坦在德國《物理年報》上發(fā)表了題為《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個推測性觀點》的論文他認(rèn)為對于時間的平均值，

光表現(xiàn)為波動；對于時間的瞬間值，光表現(xiàn)為粒子性。這是歷史上第一次揭示微觀客體波動性和粒子性的統(tǒng)一，即波粒二象性。這一科學(xué)理論最終得到了學(xué)術(shù)界的廣泛接受。愛因斯坦普朗克第十六頁，共十八頁，2022年，8月28日1921年，愛因斯坦因為"光的波粒二象性"這一成就而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。1921年，康普頓在試驗中證明了X射線的粒子性。1927年，杰默爾和