光的本質——持續300年的波動和微粒之爭
光學和力學一樣，是一門古老的學科，古希臘的自然哲學家們就十分關注光這種現象。那時，主要討論的是關於光的本性的思辯和經驗上光的傳播方式。歐幾裏德論述了光的直線傳播和反射定律。在公元2世紀，托勒密嚐試依靠經驗發現折射規律。不過，正確的折射定律直到17世紀才由荷蘭的斯涅爾和法國的笛卡爾建立。也就是從那個時候起，人們開始了對光的科學研究。
光的色散現象的發現，是近代物理光學研究中第一個重要的成果。該項工作是由近代科學的巨人牛頓作出的。在牛頓之前，近代科學巨匠開普勒、伽利略、笛卡爾等人都對光學有過研究，也取得了不少成就，牛頓也從他們的著作中學到了很多關於光的知識，但是，正如牛頓後來所說：“我不準備用假說來解釋光的屬性，而是用理智和實驗來提出和證明它們。”
關於光的顏色，早在公元前就有人作過猜測，把虹的光色和玻璃片的邊緣形成的顏色聯係起來。但從亞裏士多德以來到笛卡爾都認識白光是純潔的、均勻的，白色是光的本質，而色光隻是光的變種。
與前人不同的是，在光的顏色問題上，牛頓做了大量的實驗。1666年，他購得一塊玻璃三棱鏡，開始研究色散現象。牛頓在他的光學一書中描述了他最初做光學實驗的過程：“把我的房間弄暗，在我的窗板上開一個小孔，以便適量的太陽光射入室內，就在入口處安置我的棱鏡，光通過棱鏡折射達到對麵的牆上。”牛頓看到牆上有彩色的光帶，光帶之長數倍於原來的白光點，他意識到這些彩色就是組成白色太陽光的原始光色。後來，牛頓又做了大量實驗，證明了這一點。牛頓得出結論：“白光本身是由折射程度不同的各種彩色光所組成的非均勻的混合體。”這就是牛頓的光色理論。組成白光的彩色光有七種：赤、橙、黃、綠、青、藍、紫。牛頓進一步得出結論，物質的色彩是由不同顏色的光在不同物體上有不同的折射率造成的。牛頓的光的色散理論，為一個半世紀後夫琅和費創立光譜學奠定了基礎。
光的色散現象發現後，牛頓開始了對光的本質的研究。起初，牛頓也曾認為光是一種波，因為這樣能輕易地解釋兩束光交叉通過時不受幹擾的現象。然而，隨後牛頓便對光是波的認識發生了懷疑，因為光若真的是波，那麼光為什麼會直線傳播?牛頓看到用光是波的結論無法解釋這一基本事實時，便提出了光的本質的微粒說。結果，他成功地解釋了光作直線傳播、光能投下清晰的影子、光的反射等現象。
然而，牛頓光的微粒說的提出卻引起了一場持續300年的大論戰，即科學史上著名的光的微粒說與波動說之爭。波動說以笛卡爾、胡克、惠更斯為代表，而微粒說以牛頓為代表。
波動說最早的倡導者是意大利物理學家格裏馬第。格裏馬第從一部分光疊加到另一部分光上，會導致照度的減弱現象出發，想象光是一種能夠作波浪式動作的流體，它以極快的速度傳播，不同的顏色是波動頻率不同的結果。1665年，胡克更進一步明確提出了波動理論。波動說的集大成者是惠更斯。他認為，空間的以太是無所不在的，他把以太作為振動的媒質，把媒質的每一個點都看成一個中心，在中心的周圍形成一個波。惠更斯成功地用這個物理圖像來解釋光的反射、折射，還以此來研究冰川石的雙折射。
由於牛頓在科學界的威望，以及光波動說本身還不完善，在19世紀以前，牛頓的微粒說占優勢。
19世紀初，由於英國科學家托馬斯·楊那個著名的“雙縫幹涉實驗”，以及其他人的一係列努力，使得光的波動說得到複興。托馬斯·楊最可貴的地方在於他不因牛頓的名望和權威而迷信牛頓。他從事實出發敢於對牛頓的微粒說提出異議。
他曾說：“盡管我們仰慕牛頓的大名，但我並不因此非得認為他是百無一失的，我……遺憾地看到他也會弄錯，而他的權威也許有時甚至阻礙了科學的進步。”
托馬斯·楊在1800年發表了題為《關於聲學和光學方麵的實驗和問題》的著名論文。他指出，光如同聲音一樣，是一種振動，這種振動是靠充滿宇宙整個空間的以太傳播的。
這樣，波動說在19世紀初取得了勝利。特別是到了1864年，麥克斯韋仔細研究了光波，指出光是一種波長很短的電磁波，它與其他電磁波沒有本質上的區別，隻是波長不一樣。從而完成了一次人類對光認識的飛躍，使光作為一種波動被確定下來，並使光的微粒說在一段時間裏沉寂了下來。
但光的波動和微粒之爭並沒就此結束。20世紀初，發生物理學革命。光的微粒說以愛因斯坦提出的光粒子的形式，在沉寂一個世紀後獲得新生。不過光的波動性並沒失效。現代量子力學認為光是波動性和粒子性的統一，具有波粒二象性，至此人們才獲得了對光本質的正確認識。
96 科學的曆程（中）