對(duì)于光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)的爭(zhēng)論

1、對(duì)于光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)的爭(zhēng)論人們對(duì)于光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，源于一個(gè)古老的問題“光究竟是什么？”。歷史上很多學(xué)者對(duì)這一問題進(jìn)行過探索，十七世紀(jì)以來，隨著伽利略近代物理學(xué)研究方法的確立，有關(guān)光學(xué)研究的各種實(shí)驗(yàn)開始涌現(xiàn)，過去零零散散的光學(xué)理論得以相互整合，于是對(duì)于光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)成為光學(xué)理論發(fā)展過程中需要首先解決的問題。17世紀(jì)以來關(guān)于光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)的大爭(zhēng)論，總共包括了四次波動(dòng)學(xué)說與微粒學(xué)說的交鋒，其中包括以牛頓為代表的微粒說與以惠更斯為代表的波動(dòng)說的交鋒。牛

2、頓不僅擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)計(jì)算，而且能夠動(dòng)手制造各種設(shè)備和從事精細(xì)實(shí)驗(yàn)色散實(shí)驗(yàn)，1672年，牛頓發(fā)表了《關(guān)于光和顏色的理論》提出了光的微粒說，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑，認(rèn)為光的復(fù)合和分解是不同顏色微粒混合在一起有被分開一樣。而惠更斯是著名的天文學(xué)家，物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家，繼承并完善了胡克的觀點(diǎn)，對(duì)光的本性問題與牛頓的分歧激發(fā)了他對(duì)物理光學(xué)的熱情，重復(fù)牛頓的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)研究了牛頓的實(shí)驗(yàn)和格里馬第的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為其中有很多現(xiàn)象都是

3、微粒說所無法解釋的，并認(rèn)為：光是一種機(jī)械波；光是靠一種物質(zhì)載體來傳播的縱波，傳播它的物質(zhì)的載體是“以太”；波面上的各點(diǎn)本身就是引起媒質(zhì)振動(dòng)的波源。1678年，惠更斯在法國科學(xué)院的一次演講中，公開反對(duì)了牛頓的光的微粒說，他指出，如果光是微粒性的，那么光在交叉時(shí)就會(huì)因發(fā)生碰撞而改變方向，但當(dāng)時(shí)并沒有發(fā)生這種現(xiàn)象；而且用微粒說解釋折射現(xiàn)象，得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相矛盾。此后于1690年出版《光論》，正式提出了波動(dòng)說，建立了惠更斯原理。而牛頓反對(duì)惠更

4、斯的理由是：如果光是一種波，它應(yīng)該同聲波一樣可以繞過障礙物，不會(huì)產(chǎn)生影子；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)，而波動(dòng)說無法解釋其原因。牛頓和惠更斯關(guān)于光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)之所以會(huì)各持己見，從自然辯證法的角度出發(fā)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，科學(xué)知識(shí)的構(gòu)成不同?？茖W(xué)認(rèn)識(shí)過程的成果是科學(xué)事實(shí)，科學(xué)定律，科學(xué)假說以及由邏輯推理和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)而建立起來的科學(xué)理論。科學(xué)事實(shí)是科學(xué)認(rèn)識(shí)的主體關(guān)于客觀存在的，個(gè)別的事物（事件、現(xiàn)象、過程、關(guān)系等

5、）的真實(shí)描述或判斷，科學(xué)事實(shí)是科學(xué)認(rèn)識(shí)的最初成果，屬于認(rèn)識(shí)論的范疇，其內(nèi)容是客觀的，形式是主觀的，是主觀和客觀的統(tǒng)一?？茖W(xué)定律是反映自然界事物，現(xiàn)象之間的必然關(guān)系的科學(xué)命題。科學(xué)假說是根據(jù)已有的科學(xué)知識(shí)和新的科學(xué)事實(shí)，對(duì)所研究的問題作出的猜測(cè)性說明和嘗試性的解答，科學(xué)假說是科學(xué)思維走到一定程度的一種形式，基本要素包括：事實(shí)基礎(chǔ)，背景理論，對(duì)現(xiàn)象規(guī)律的猜測(cè)，推導(dǎo)出的預(yù)言和預(yù)見。牛頓從光的色散實(shí)驗(yàn)出發(fā)，認(rèn)為光是不同顏色微粒的混合與分開，而惠

6、更斯從光的折射現(xiàn)象出發(fā)，認(rèn)為光具有波動(dòng)性，二人看待問題的角度不同，分析問題的起點(diǎn)也不同，牛頓和惠更斯提出的科學(xué)事實(shí)具有客觀性，是無法否認(rèn)的，根據(jù)科學(xué)事實(shí)提出的科學(xué)假說經(jīng)受了許多實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，二者各有其理論成立的緣由，因此在一定程度，在不同時(shí)期內(nèi)均可以得到同行不同程度的認(rèn)可，于是導(dǎo)致牛頓和惠更斯對(duì)各自的理論各持一端。其次，從辯證法的對(duì)立統(tǒng)一觀點(diǎn)來看，牛頓和惠更斯都沒有看到微粒說與波動(dòng)說的統(tǒng)一性，沒有利用辯證法的方法論研究光的本質(zhì)問題。任何事

7、物都是對(duì)立和統(tǒng)一的結(jié)合體，對(duì)立和統(tǒng)一是矛盾雙方所固有的兩種屬性，對(duì)立性表現(xiàn)為對(duì)立面之間具有相互排斥，相互否定的性質(zhì)，統(tǒng)一性表現(xiàn)為對(duì)立面之間具有這一點(diǎn)的菲涅耳立即用這一假設(shè)解釋了偏振現(xiàn)象，證明了光的橫波特性，使得光的波動(dòng)說進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期。隨著光的波動(dòng)學(xué)說的建立，人們開始為光波尋找載體，以太說又重新活躍起來，但人們?cè)趯ふ乙蕴倪^程中遇到了許多困難，于是各種假說紛紛提出。菲涅耳在研究以太時(shí)發(fā)現(xiàn)，橫向波的介質(zhì)應(yīng)該是一種類固體，而以太如果是一種

8、固體它又怎么能不干擾天體的自由運(yùn)轉(zhuǎn)呢。不久以后法國科學(xué)家泊松也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題：如果以太是一種類固體，在光的橫向振動(dòng)中必然要有縱向振動(dòng)，這與新的光波學(xué)說相矛盾。為了解決各種問題，1839年法國數(shù)學(xué)家柯西提出了第三種以太說，認(rèn)為以太是一種消極的可壓縮性的介質(zhì)，試圖以此解決泊松提出的困難。英國物理學(xué)家麥克斯韋通過對(duì)電磁現(xiàn)象的研究，建立了電磁學(xué)，并將光和電磁現(xiàn)象統(tǒng)一起來，認(rèn)為光就是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，從而確立了波動(dòng)說的地位。這種理論預(yù)見后來

9、得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。1873年，麥克斯韋完成巨著《電磁學(xué)通論》，這是一部可以同牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》相媲美的書，具有劃時(shí)代的意義。1887年，德國科學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，也證實(shí)了光其實(shí)是電磁波的一種，兩者具有共同的波的特性。赫茲在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)也證實(shí)了光電效應(yīng)，即在光的照射下物體會(huì)釋放出電子，這一發(fā)現(xiàn)，后來成了愛因斯坦建立光量子理論的基礎(chǔ)。德國物理學(xué)家普朗克早期從事熱力學(xué)的研究，他的博士論文就是《論熱力學(xué)的第二定律》。190

10、0年，普朗克為了克服經(jīng)典物理學(xué)對(duì)黑體輻射現(xiàn)象解釋上的困難，創(chuàng)立了物質(zhì)輻射（或吸收）的能量只能是某一最小能量單位（能量量子）的整數(shù)倍的假說，即量子假說。他引進(jìn)了一個(gè)物理普適常數(shù)，即普朗克常數(shù)，以符號(hào)h表示，其數(shù)值為6.6261761027爾格秒，是微觀現(xiàn)象量子特性的表征。他從理論上導(dǎo)出了黑體輻射的能量按波長(zhǎng)（或頻率）分布的公式，稱為普朗克公式。量子假說的提出對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)，特別是量子論的發(fā)展起了重大的作用。普朗克在做了大量的實(shí)驗(yàn)后又提出了電

11、磁波這種形式的能量輻射，使人們認(rèn)識(shí)到電磁波是某種粒子，既光量子。為了強(qiáng)調(diào)光的粒子屬性，光量子被稱之為“光子”。光子的質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)中顯示出來。但電磁學(xué)存在著巨大缺陷，按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度（光速）應(yīng)該是一個(gè)恒量，然而根據(jù)經(jīng)典力學(xué)對(duì)光速的解釋，不同慣性系中的光速不同。光速究竟是否應(yīng)該遵從相對(duì)性原理？電磁學(xué)對(duì)光速的解釋與經(jīng)典力學(xué)在相對(duì)性原理上相互之間產(chǎn)生了巨大的矛盾，而正是這一矛盾，導(dǎo)致了人類歷史上最偉大的科學(xué)家——愛因斯坦的出現(xiàn)

12、。德國科學(xué)家愛因斯坦堅(jiān)信宇宙中一切物理現(xiàn)象的背后都蘊(yùn)藏著完整的統(tǒng)一性，因此，麥克斯韋的電磁學(xué)理論必須要與經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)一起來。愛因斯坦為了解決這一矛盾，做出了一個(gè)假設(shè)：假設(shè)有個(gè)人能夠達(dá)到光的速度，與光并肩齊行，那么他就會(huì)發(fā)現(xiàn)靜止的光。但是，根據(jù)麥克斯韋的電磁學(xué)原理，振動(dòng)的電磁波是不可能觀測(cè)到的，而且波也不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，也就是說，宇宙中不可能存在光在靜止?fàn)顟B(tài)的參照系，對(duì)于任何一個(gè)參照系來說，都只有屬于這個(gè)參照系的時(shí)間與空間。因此，愛因斯坦

13、確信，光在所有參照系中速度必然相同。根據(jù)這一物理法則，愛因斯坦進(jìn)行了多年的探索和研究，1905年創(chuàng)立了狹義相對(duì)論，揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)聯(lián)系，引起了物理學(xué)基本概念的重大變革，開創(chuàng)了物理學(xué)的新世紀(jì)；提出了光量子論，解釋了光電現(xiàn)象，揭示了微觀客體的波粒二重性，用分子運(yùn)動(dòng)論解決布朗運(yùn)動(dòng)問題；發(fā)現(xiàn)了質(zhì)能之間的相當(dāng)性，在理論上為原子能的釋放和應(yīng)用開辟道路。愛因斯坦的相對(duì)論與麥克斯韋的電磁學(xué)理論完美地結(jié)合在一起，從而推動(dòng)了物理學(xué)上的一次意義深遠(yuǎn)的重