德國物理學家列納德曾發現，將一定波長的光照射到某些金屬上，會逸出一些電子來，就好象光的力量將電子從金屬原子中打出來似的。愛因斯坦認為，光束攜帶能量在空間以不連續方式分布，形成一個一個的能量顆粒，稱之為光量子——光子之名由此而生。照射金屬的光量子必須有一個最低限度的能量，才能使電子吸收足夠的能量而從金屬中脫出，也就是說，要把電子從金屬中打出來，需要對金屬原子作功——脫出功，以克服其束縛。有些金屬原子對電子的束縛力較弱，隻要用量子能量較小的紅光照射，就能把電子打出來；而另一些金屬原子對電子的束縛力較強，則需要用量子能量較大的藍光甚至紫光照射，才能把電子打出來。光越強，即光量子數越多，打出的電子就越多。對於同一種金屬，用不同頻率的光量子打出的電子速度也不同。愛因斯坦依此導出了光電效應理論公式，並於10年後被實驗精確地證實。由於這方麵的成就，他獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。
現代物理學認為，光既有波動性又有粒子性，稱為光的波粒二象性。光在傳播過程中主要表現出波動性，可以用電磁波理論來解釋；而在與物質相互作用時較多地顯示出粒子性，則遵從於量子理論的解釋。光的兩種屬性——波動性和粒子性，不過是在不同條件下物質運動特性的不同表現而已。
許多世紀以來，關於光的學說，在各個發展階段中存在著相互矛盾的論點，而這種矛盾促進了光的學說的發展。隨著新的光學現象的不斷發現和新的光學實驗方法的不斷應用，人們對光的本質的認識不斷加深。到目前為止，人們用波動性和粒子性這兩個矛盾的性質辯證統一來描繪光，而得出了一幅關於光的較為完整的圖畫。但是，這種對光的本性的描繪，也隻是現階段人們認識到的最符合實際的理論，也還有一些光學現象不能徹底解釋清楚，人類對於光的認識還有待於發展，對光本質的探索至今仍是物理學研究中的一個重要方麵。一句話，關於光的理論還沒有最後完成。光子，還是個謎！
光是什麼？光的本性是什麼？圍繞著這個根本問題，自古至今，人們遵循著實驗——假說——理論——實驗這條道路前進，研究了形形色色的光的現象，包括光的發射、傳播和接收，光和其它物質的相互作用（光的吸收，光的散射和色散，光的機械作用，光的電、熱、化學和生理效應）等等，研究了光的這些現象的產生原因，從而認識了光，掌握了光的現象的形成規律，並利用它為人類的生產和生活服務。這樣，就形成了一門科學——光學。
光學的發展，大致可以劃分為五個時期：
1.光學萌芽時期。這是光學發展史上的一段緩慢前進的年代。在這段時期裏，對光的直線傳播、反射和折射等現象作了觀察和實驗，凸凹麵鏡和透鏡等光學元件出現，並在生產和生活中應用取得了一些成就。
2.幾何光學時期。這是光學發展史上的轉折點。在這段時期裏，建立了光的反射定律和折射定律，奠定了幾何光學的基礎。望遠鏡和顯微鏡相繼問世，擴大了人眼的觀察能力，推動了天文、航海和生物學的發展。
3.波動光學時期。十九世紀，『這是光學發展史上的重要時期。在這段時期裏，波動光學體係已經形成。托馬斯·楊和菲涅耳的幹涉實驗起著決定性的作用。麥克斯韋關於光和電磁現象一致性的理論，使人類在認識光的本質方麵邁出了一大步。
4.量子光學時期。十九世紀末到二十世紀初，光學的研究深入到光的發生、光和物質相互作用的微觀結構中。在這段時期裏，確立了光量子理論，人們采用波動性——粒子性之“波粒二象性”來解釋和研究各種光的現象。
5.現代光學時期。從本世紀六十年代起，激光問世之後，光學和其它科技領域緊密結合、互相滲透，又煥發了青春，以空前的規模和速度飛速向前發展，出現了許多嶄新的分支學科，成為現代科學技術的一塊重要的前沿陣地。
下麵，我們就按這樣的發展進程來介紹一下光學。
§§第二章 在前進的道路上