實際上，不僅是光子，所有的粒子（或量子）都具備波粒二象性！因為我們最常聽到的一句話就是：“光具有波粒二象性”，但波粒二象性卻可以描述所有粒子。先回答題主關於光的問題，可以這樣理解波粒二象性。光是由光量子（粒子性）組成的連續的波。

按照你的說法，它就是一種具有波特點的粒子，也是具有粒子特點的波。沒錯。

證明波動性

光是波，很好理解，因為光符合了波所具備的干涉和衍射現象，也就是著名的雙縫干涉試驗。

證明粒子性

證明光的粒子性的著名實驗就是光電效應。在物理學上，重要又神奇。在高於某特定頻率的電磁波照射下，某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流，即光生電。通俗的將，就是某種粒子對電子產生了力的作用，而這種特徵是波所不具備的。於是我們把“某種粒子”定義為光子（愛因斯坦定義了量子之後叫做光量子）。

如果我們一直將光線細分，便可以猜測實際他們是由光量子組成的一種波。

正當人類證明了光的波粒二象性之後，1905年，愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋，人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年，德布羅意大膽提出“物質波”假說。他說不僅是光，所有物質都具備波粒二象性！

這幾乎是顛覆性的，於是人們先拿電子開刀！做了大量實驗，終於，又一個偉大的試驗誕生了。

電子雙縫干涉試驗

電子在人們的眼中只是個粒子，只滿足粒子性啊，為什麼會滿足波動性？而且怎麼讓電子向光子一樣連續呢？不得不佩服人類的智慧。就按照雙縫干涉試驗那麼做！看看有什麼結果。

每發射一個電子，電子透過雙縫最終落到擋板上，這是粒子性無疑。

大量的發射電子，漫無目的發射！

貌似發現了什麼規律啊！電子落的位置機率很滿足波的性質啊。如果具有波的性質，只有雙縫可以干涉，擋住其中一個孔呢？

真的就變成了一坨！又經過大量的試驗，我們得出了結論：電子在透過小孔的時候，並不是只通過一個空，而是“同時透過兩個孔”並且和“自己”發生了干涉！這足以證明電子符合波粒二象性。

再用光子做個試驗，性對於電子，光子具有另外一個優勢，那就是光子具有偏振性！所以人們相當於做了一個加強版的3D雙縫干涉試驗，而且最主要的我們可以直觀的看到量子糾纏現象！

量子擦除試驗

理解這個試驗之前我們需要再補充一個知識點，量子糾纏。這裡簡單說一下，處於糾纏態的粒子，只要你觀察了其中一個，另外一個不用觀察也能確定其狀態。就好比你戴了一隻紅手套和一隻綠手套，沒觀測之前他們分別處於“薛定諤的貓”混合狀態只要看到其中一隻的顏色，另外一隻的狀態就坍縮成為已知態。

試驗中，光子的偏振性有四種：水平、垂直、順時針、逆時針

四分之一的偏振片（可以理解為3D眼鏡）

偏振片的功能如下圖所示：垂直的透過紅色片變成了順時針，水平的透過紅色片變成了逆時針；綠色功能相反。

好，準備就緒，開始發射光子！它透過一種叫做下轉換（down-conversion）的方式，一次發射兩枚處於糾纏態的光量子：光量子A進入事先準備好的探測光子偏振性的探測儀M1，光量子B進入雙縫干涉試驗裝備，最終落到擋板上，擋板後面有個偏振性探測儀M2。如下圖所示：

光量子帶上3D眼鏡後（透過偏振片後），光子透過眼鏡的偏振性改變了，但是並不會改變試驗結果的干涉條紋。

透過直觀的結果，光子具有波動性，這和電子的雙縫干涉試驗結果一致！但請注意，這時我們還沒有觀察與B相糾纏的A哦！下面就是神奇的事情了：

假如我們開啟M1（M1測量光子A的偏振性）。由於A與B處於糾纏態，他們原本一個垂直一個水平，當光子B透過一個偏振片之後，偏振性就改變了。這個時候由於糾纏態，A的狀態也會改變，測量A，我們就能知道光子B“到底”是通過了兩個縫中的哪一條。這時候，驚人的結果發生了。只要開啟M1，干涉條紋就消失了，擋板上的光子痕跡變成了兩坨。而關閉M1，干涉條紋就又回來了。

注意，M1裝置沒有受到任何裝置的影響。也就是理論上你可以把他拿到宇宙中任何位置，實驗結果仍然生效。這個試驗也充分證明了量子糾纏中的“觀察者效應”，但你會發現，觀察者可以不是人！真正的觀察者的定義，還是個開放問題，現在還沒有答案。

說到這，好像有點跑題了。。。希望可以解決題主的問題。

不過我們真的要思考一個問題，我們看到的世界，我們瞭解的世界真的是真實的嗎？

光已被大家認同為波粒二象性，

而從光照射到不同的原子上會出現不同的物理和化學變化，物理變化就是光照射到太陽能金屬板上會使金屬板產生電荷差，從而發電，從這個太陽能發電得到什麼結論呢？

在說一下有些混合物只要在光照條件下就能發生強烈的化學反應，氫氣和氯氣混合在光照條件下產生劇烈化學反應。這裡的光又具有什麼意義？

總結以上得到，光是磁場變化的一種提取出來最不受物質影響的可見等離子形態。

不要用書本上的“真理”來回答這個問題。我來告訴你一個真相：光既不是粒子，也不是波。

光是開弦，是純能量，不是粒子。

不是光在波動，是宇宙背景能量載著光的能量在動。

信不信由你，100年後，我今天的觀點將主宰物理學界。

這個問得好，必須刨根問底！雖然教科書，明明白白寫著“光具有波粒二象性”，但是我必須說，這只是一個科學假說，不是科學原理。

追溯百年科學史，關於光的精準定義與物理本質，至今依然是一個物理懸案。當時，涉及幾個重大問題：光傳播是否要介質，光是不是物質波，光是否有靜質量。議論紛紛，莫衷一是。

自從偉大的邁克爾遜莫雷實驗，徹底推翻了上千年的空間以太說，愛因斯坦等人認定，光的傳播不必介質，光可以在虛無的真空傳播。進而推出“光的波粒二象性”的斷言。

我們知道，高中物理“感容振盪器”，發射無線電波，電子並沒有被髮射到空間，只是發射的電磁輻射能。這就好比，琴絃振動發射聲能，而聲能需要空氣介質作為載體。電磁波只是一種電磁輻射能，真空介質就是輻射能的載體。

有解釋說，電磁波是一種場物質，說“場是一種特殊物質”，究竟特殊在哪裡，沒有下文，這顯然在搪塞，不符合科學精神。

我認為，光或電磁波，與機械波一樣，是一種純能量，必須以真空介質為載體，才能得以存在。能量必須有物質攜帶，不可能獨立存在。

教科書還說，電磁波是一種物質波或機率波。如果承認，電磁波是一種純能量，那麼其粒子性或質量性從何而來？有人說是“能量子”，這是胡扯：能量子只是物質量子的一個屬性。

廣義相對論說彎曲空間在虛空中，純能量引力波在虛空中，宇宙大爆炸奇點在虛空中，愛氏邏輯的本質是：空間虛無主義，介質虛無主義、數學唯心主義（用數學空間頂替物理空間）。難怪網上的“虛無主義”、“鬼神主義”思潮甚囂塵上，各路大神紛紛下凡。

與其追問“光的本質”，不如追問“空間的本質”。還涉及暗物質與暗能量的重大課題。關於空間的本質，我在前文有專述，就是真空物質波。如果把電磁波與真空物質波耦合成“電磁真空物質波”，有了載體，就有了波粒二象性。

網際網路到了推廣新物理的時候了:

回顧人類物理理論300年探索之路:

300年前牛頓創立了經典力學，經典力學雖然沒有明晰開啟宇宙奧秘大門，但它觸碰到大門鑰匙的雛形，這個鑰匙雛形就是“作用力與反作用力”。經典力學之後的相對論和量子力學，它們離這把鑰匙雛形越走越遠，完全偏出物理軌道。時間來到300年後，《宇宙物理體系》敏銳察覺到這把鑰匙雛形，把它加工打磨之後變成“物質彈性原理”，終於開啟宇宙大門。

《宇宙物理體系》簡介: 它全文9萬字，歷時6年完工。它對舊物理基礎概念定義作了一次全面檢查維修及重建。它以尋找物質基本性質即物性為突破口重建物理學。它增加了若干新的基礎概念定義。它完成了對宇宙大自然最基本最重要最普遍物象進行逐一解釋，且邏輯自洽。

《宇宙物理體系》28個短影片目錄:

1《宇宙物理體系》

2物質和能量

3質量重量

4磁和電

5時空

6光

7浮力

8飽和原理

9資訊傳播

10火箭發射

11蘋果下落

12磁鐵相吸

13地球繞太陽轉

14飛機上升

15太陽能量方式

16月球重力

17力分析

18力傳播

19力與速度

20傳播力

21受力分析

22宇宙機理

23望遠鏡

24物理用詞

25性質和量

26生命

27力分析舉例

28摩擦力

其實從量子角度來說，兩者沒有區別。

國外有科學家，很牛的那種，已經拍攝到光子的運動軌跡，所以從目前瞭解的情況來看，光是有粒子屬性的。但是我們從小學習的知識裡都說了，光是微波，我們人眼能看到的波段才會被我們感知。從這方面來說，光是波。

那麼到底光是微粒還是波段呢？

準確來說，應該是光粒子以波動的形式傳播，不同的光的震動的頻率不一樣，從而產生各種不同顏色的光。

關於光到底是什麼？是波是粒子？幹百年來都是謎，現代科學描述為:光具有波粒二性，波動性用電磁波方式證實，光的粒子性用光電效應證實。儘管被證實為有與存在，依然想象不出光到底是個什麼樣子，也就描述不出光的型態大小質量等等具體物理量，光到底是什麼呢？下面說一下對光的本質認識:

光的本質是:有型動態體發生型態改變引起的存在平衡運動態，簡稱動態平衡運動態。動態平衡是動態體的內外環境壓強平衡過程態，其變化態的型態時刻都在改變，人類認識的光以及各種能量態運動都是動態平衡運動態，由於動態平衡的連續變態性才使能量態可互承互載，互為間容，這些互承互載的動態過程運動態構成了實實實在在的存在空間，也就是說空間由無窮多的光動態互為承載構成，人類稱謂的光是以太Sunny強度為標準的光明與黑暗，作為人類感知標準，是人類自身的極限界定標準，但在宇宙萬物中光明與黑暗沒有標準，任何物態各有各的感知標準，都有光明與黑暗界線，無論身處宇宙何處。

光是能量運動態，是宇宙的存在方式，不同運動型態體產生不同的型態改變數，在動態環境下產生不同的動態平衡運動過程態，也就形成不同的能量態，型變數的大小變化過程態構成能量的波動態，波動過程中使沿途的物體發生相應的型態變化，產生粒子的變化性，顯現粒子的型態。光的波動幅度由型態體改變數確定，光的頻率由型態體完成改變的時間確定，光速由型變體的外環境動態體的壓強平衡速度確定。宇宙中的萬事萬物都處在各不相同的動態環境中，具有各不相同的區域區間壓強，光在不同環境下的速度各不相同，所以光速在宇宙空間中並非恆速，而是區域區間的行走變速，因為空間本質上由能量運動態構成，不存在絕對真空，處處充滿物質運動態，所以光走到什麼地點就是什麼速度，速度就由此處的壓強確定。

光波與水波都是能量態，其性質是相同的，光波的波速由天體的自旋內壓產生的壓強確定，水波由地球水體的重力壓強確定，地球上的水體在不同重力加速度下產生不同的重力壓強，水波的波速也隨之改變，光是型態體之間的動態平衡改變過程態，水波是動態體自身平衡態改變，所以無論什麼能量態，都是型態體改變的動態平衡運動過程態，表現出的波動性和粒子性都是表面現象，本質是動態體的型變動態平衡運動態。這些尋找單光子的人永遠找不出單光子及其大小，永恆找不到光子的質量，因為能量態運動通通是壓強平衡運動態運動，是無型存在運動，這些搞單光子科學的都是浪費資源。(本文原創，個人研究結論供參考)

從實驗觀察事實來看（重點在於，這實驗很容易做，也花不了多少錢），你希望它是波，它就是波，你希望它是粒子，它就是粒子。

深度解析光的“波粒二象性”

光到底是波還是粒子，這個問題自牛頓時期就開始討論，然而至今都沒有明確的定論，只是最後粒子派與波動派都作出了妥協，認為光既有粒子性又有波動性，也就是“波粒二象性”。我們很多人知道“波粒二象性”，同時也知道光具有波粒二象性，卻很少人真正瞭解什麼是“波粒二象性”。它就像一個硬生生的概念，只要我們記住就行，現在就讓我們更加深入的瞭解一下什麼是“波粒二象性”。

水波是我們日常生活中最常見的一種波，我們就先以水波為例瞭解一下什麼是波。在一片平靜的水面上，一顆水滴的從天而降，讓這裡變得熱鬧起來，一圈圈波浪以水滴的下落點為中心逐漸散播開來。這樣優美畫面的產生過程就是，當自由落體的水滴落入水中後，水滴的運動受到水面粒子的阻礙，水滴的速度逐漸變慢，水面粒子卻開始向下運動，水面是一個整體，每個點都與周圍的點存在著相互作用，當某一點開始運動後，會帶動周圍點一起運動，同時這也是傳遞能量的過程，當一點的能量消耗殆盡時，因該點運動而受到擠壓的部分就會全力反擊，使的該點又開始反向運動，就這樣逐漸形成了水波。

水波是最簡單的波，這裡的水分子主要是做上下往復運動，卻並不隨水波一直向前運動，水之所以以這種形式傳播，其根本原因就是傳播介質~水分子的性質決定的。大量的水分子聚集在一起，水分子之間存在相互作用，就會形成了一個整體，這樣某一點的運動就會周圍分子的運動，同時水分子的運動範圍就會受到限制。總結性的來說，波就是某一點的傳播介質(水分子)的運動引起周圍存在某種相互作用(介質之間的力)的傳播介質的運動，然而產生波的根本原因就是傳播介質之間存在相互作用。

波動性與粒子性似乎是一對冤家，兩者在正常的邏輯思維上有一些不相容，有了波動性就不會有粒子性，有了粒子性就不會有波動性。其實是我們陷入邏輯思維的死角，波動性與粒子性並不對立，它們之間其實互不影響，我們還是以水波為例。浪是海水的波動，也是我們最常見的水波，而當波浪很大的時候，它傳播介質的運動並不像我們在書本上學到的只是在做上下的往復運動，也有一部分會跟著波浪的傳播方向運動，而這就是粒子性。

以前我們為了更好的瞭解什麼是波，將波簡單化，波的傳播介質只是做上下的往復運動，而從未想到過傳播介質也可以隨著波動方向運動，我們從理論上就忽略了粒子性。所以如何波都具備波動性和粒子性，不同波之間的波動性與粒子性是完全不同的，這主要取決於傳播介質的性質，傳播介質之間的相互作用越大，波動性越大，相互作用越小粒子性就越大，例如水波、聲波這些我們生活中常見的波，它們的傳播介質大量聚集，相互作用就大，波動性就很明顯，而粒子性卻很小，這是因為它們的傳播介質相互作用擠在一起，很容易形成波，但是也限制了傳播介質的運動範圍。而像光這樣波，由於光子沒有靜止質量，光子之間的相互作用就很小，也存在波動性，但是粒子性卻明顯，像電子這樣的質量很小的粒子，就像光一樣，粒子性很明顯，也具有一定的波動性。簡單的說傳播介質的質量越小，粒子性就越明顯，這也是光為什麼能夠在真空中傳播的原因。

關於光的“波粒二象性”就說到這裡，下面我在說一下我認為的光，這只是我個人的觀點，與科學界所定義的光有所不同，光是能量的波動，這一點我並不反對，但是有人認為光是虛無的，沒有實物載體，也有人認為光是物質的一部分，有實際的物體，對於這樣兩種觀點，我個人認為光是物質的一部分，是有實物的。光沒有靜止質量，具有很強的粒子性，但是它是如何產生波動性的哪？

我們生活中常見的波，例如水波、聲波，它們的傳播介質之間，各種力相互作用，使的傳播介質大量聚集，構成了物質，物質大量聚集，它們之間的相互作用都是以吸引力為主的，所以它們的傳播必須有介質的存在。光是我們生活中最特殊的一種，它沒有靜止質量，它可以在無介質的真空中傳播，它以直線傳播，粒子性明顯，兩束光交叉有不會發生碰撞，到底是什麼原因讓它能以粒子的形式傳播，而有不會碰撞哪？答案是光的傳播介質光子之間是相互排斥的，這樣兩束光交叉才不會碰撞在一起，那如何驗證哪？兩束光交叉雖然不會發生碰撞，也不會影響的它們的運動，但是並不完全沒有影響，兩束光交叉會影響到它們的光普，它們的光普會發生紅移，也就是哈勃紅移。

光是電子，是能量。

光沒有體積，沒有質量，是金屬態氫離子的“磁力矩”切割地球磁力線釋放的電子。

光線在我們日常生活中大多數人都會認為是一條直線，從太陽到達我們地球的光線就是一條連續的直線，其實沒錯從宏觀角度來說確實是這樣的！那麼從微觀的角度來說光到底是怎樣傳播的呢？

光到底是光波還是粒子呢？克里斯蒂安·惠更斯是較早提出光可能是以波的形式傳播的科學家。之後牛頓又認為我們的的光可能是由一種非常奇妙的粒子組成的，認為我們的光線不是連續的，之後牛頓在光可能由粒子組成的解釋中令當時的物理學界不是很滿意，但牛頓在當時物理學界的地位是無人能夠動搖的，所以就沒有其他科學家去挑戰牛頓認為光線是一粒一粒組成的說法。直到19世界初期衍射現象被發現，光以波的現象傳播才又回到了人們的視野中。而光是由波的形式傳播和光是以粒子的形式傳播的爭論在物理學界一直沒有停止過。那麼究竟光是以什麼形式傳播的呢？

直到1905年愛因斯坦提出光電效應的光量子解釋，人們才慢慢意識到原來光具有波和粒子的雙重性，也稱為光的波粒二象性。

科學依據

光以波的形式傳播:

1882年德國天文學家夫琅和費用光柵研究了光的衍射，之後另一位德國物理學家施維爾德用光以波的形式傳播成功解釋了光柵的衍射現象。

光以粒子的形式存在:

1887年，德國科學家赫茲發現光電效應，光具有粒子性再一次被證實。

二十世紀初普朗克和愛因斯坦提出了光的量子學說，光是以波或粒子的形式傳播的爭論從此結束。波與粒子在光的面前從此成為一家人。同時愛因斯坦在1905年3月的《物理年報》中指出:對於時間的平均值光表現為波的形式；對了時間的瞬時性光表現為粒子！

所以我們的光從宏觀角度來說是以直線傳播且具有連續性的！在微觀世界裡我們的光不但具有波動性，同時也以粒子的形式存在。

光不是粒子。

如果光是一種有數量的粒子，那麼它就無法穿過封閉的玻璃瓶；如果光是一種有數量的粒子，那麼它在光速下將會產生破空的響聲；如果光是一種有數量的粒子，那麼它不可能那麼快就調頭到側面觀看的眼睛；如果光是一種粒子，它向前的速度我們眼睛根本看不見光；如果光是一種粒子，它在前進的途中會讓空氣燃燒……

光沒有透過加速力卻可以快速傳遞，它就像意識，它是一種能量的擴散。

黑洞之所連光都無法逃脫，是因為黑洞裡面的物質運動速度超過了光擴散的速度，光來不及反向擴散，所以黑洞裡面的光只有擴散沒有反射（這是我的新觀點）。

光是一種能量，它與空間的暗物質快速反應，但這不是一種化學反應。

發光這東西，個人認為應：

線波粒體星，光同時存運。

因為，光線；阻波；亮粒；

體明，太陽；恆星；螢蟲；

有魚；微生；動物；發光。

所以，請問您說光的運動，

總共有幾個動作？所以您

沒問微光。故此，才給以

上答，謝請參考。

故事很長，長達幾百年的爭論，幾乎物理學所有大牛都加入了進來：

物理學發展到17世紀，才算是真正的撥開了迷霧。在那個開宗立派的名字閃閃發光之前，已經有很多拓荒者了。在這個科學的洪荒時代，數學和物理是不分的，他們都是研究上帝為人間制定的規律的人。

在上初中的時候，我們將開始學習解析幾何的知識。相對於學習平面幾何時，我們可以用現實中的場景去理解。解析幾何更為抽象，也更為數學化。如果以後進入初中，一定要記住解析幾何的感覺，這是進入數學的真正大門的第一步，把現實問題翻譯成數學語言，然後不用考慮現實中的問題，用純數學的方法解決這個問題。

這門學科，是一個叫笛卡爾的法華人開創的，所以解析幾何用的座標系，也被稱為笛卡爾座標系。

前面我們知道斯涅爾總結出了折射定律，斯涅爾用了大量的實驗總結出來的定律，笛卡爾用解析幾何的辦法，在純數學的角度推出了折射定律。

笛卡爾對於光提出了兩種假說：一種假說認為，光是類似於微粒的一種物質；另一種假說認為光是一種以“以太”為媒介的壓力。

光的微粒說和波動說在笛卡爾的假說裡，埋下了伏筆，也從此開始了幾百年的大爭論。

1655年，義大利波侖亞大學的數學教授格里馬第在觀測放在光束中的小棍子的影子時，首先發現了光的衍射現象。據此他推想光可能是與水波類似的一種流體。

1663年，英國科學家波義耳提出了物體的顏色不是物體本身的性質，而是光照射在物體上產生的效果。他第一次記載了肥皂泡和玻璃球中的彩色條紋。

誰也沒想到，這是第一次光的波粒戰爭的導火索。

波義耳的實驗助手胡克重複了格里馬第的實驗，並透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。根據這一假說，胡克也認為光的顏色是由其頻率決定的。

胡克在當時是非常有名的科學家，他涉獵廣發，在很多領域都有研究，但是他在研究方向太雜，沒有專注於某一兩個擅長的領域，導致他很少有突破性的研究。而且很多研究方向，已經摸到了突破的邊緣，但是沒有進一步深入。

在當時，胡克最擅長的是光學和儀器設計。他設計製造了真空泵，顯微鏡和望遠鏡。

他在1665年出版了《顯微術》一書，《顯微術》是一本劃時代的著作，這本書詳細描述了他利用顯微鏡觀測所得，細胞一詞就是他命名的，這本書為胡克贏得了世界性的學術聲譽，在這本書中，胡克明確的支援了光的波動學說。

然後，胡克命運中天生的剋星，一個劃破天空的名字開始登上了科學的歷史舞臺。也讓第一次光的波粒之爭，開啟了大幕。這個名字叫——牛頓。

物理學發展到17世紀的下半個世紀，在這座天空劃過一道閃電，一個金光閃閃的人物出現了，他的名字叫牛頓。

那首著名的詩文足以形容他的偉大之處：自然和自然的法則隱藏在黑暗中，上帝說，讓牛頓去吧，於是一片光明。

牛爵爺到底有多牛，我們已經介紹過，就不多說了。他在物理學裡的地位相當於儒家的孔子，道家的老子。

在那個科學的洪荒時代，只要是個科學家，都不會只涉獵一個領域，牛爵爺也不例外。他不但一手創立了牛頓力學體系，奠定了近代物理大廈的根基，還是數學領域的超級大牛，而對於光學，牛爵爺也沒拉下。

1672年初，剛剛嶄露頭角的牛頓，因為製造了一臺望遠鏡當選為英國皇家學會的會員。

在伽利略發明望遠鏡之後，天文學取得了飛速的發展，地心說也因此破產。但是，天文望遠鏡的製造卻遇到了瓶頸。

傳說伽利略用望遠鏡觀察星空的時候，開普勒跟他借望遠鏡，伽利略不願意借，但是開普勒就是造不出這個望遠鏡。

製造望遠鏡需要磨製鏡片，而磨製鏡片在當時是一門高深的技術活，不是什麼人都能做的，也不像現代社會有各種機器可以打磨鏡片。當時的科學家只能靠自己磨製鏡片，但是動手這件事情，不是所有人都擅長的，於是很多科學家可以設計望遠鏡，但是卻做不出來。

前文提到的胡克，就是一個擅長磨製鏡片的高手，所以他在光學和儀器方面是一個權威。

而牛頓，在製作望遠鏡的過程中，試了很多次，就是磨製不出合適的鏡片。

但是天才就是天才，既然做不到，那麼我乾脆徹底改變這個模式好了，於是牛頓改了流行的望遠鏡設計。

之前的設計是折射式望遠鏡，需要多個凹面鏡，增加了望遠鏡的製作難度。而牛頓，設計了第一個反射式望遠鏡，只需要一個凹面鏡，這樣就大大簡化了望遠鏡的製造難度，也縮短了望遠鏡的長度。

當時的牛頓才29歲，年輕氣盛，正準備在光學和儀器方面大展拳腳。他提交給皇家協會的第一篇論文的內容是關於他所做的光的色散實驗。

光的色散實驗，現在我們在小學的時候就會接觸到。一束光照射到三稜鏡上，會分解出紅橙黃綠藍靛紫七種色彩。之前也有人發現光折射之後會產生不同的顏色，但是牛頓是第一次把這個實驗精確呈現的人。

傳說他為了做這個實驗，在炎熱的夏天，把自己關在一個完全封閉的黑色屋子裡，只留了一個小孔透過一束白光。當時可沒有空調，牛頓汗如雨下的做了這個實驗。

當這束白光透進漆黑屋子裡的三稜鏡，在牆上呈現出美妙的光譜時，強烈的光照對比，讓這個實驗被譽為物理學最美實驗。

在牛頓提交的關於這個實驗的論文中，牛頓提出光是一群不同色彩的微粒，複合而成，在碰到三稜鏡之後，又分解為不同顏色的微粒。

他的這篇論文被交給三個人評審，這三個人包括胡克。前面我們知道胡克最擅長的就是光學和儀器製造，現在牛頓的反射望遠鏡比胡克的先進，又在光學上第一次提出了光的色散實驗。這讓他感受到了威脅，胡克聲稱，牛頓論文中關於光的複合分解是剽竊的他1665年的思想，而牛頓提出的微粒說，完全就是個錯誤。

牛頓收到這個評價勃然大怒，花了4個月時間洋洋灑灑寫了一篇長文，對每一點都進行了反駁，並且用非常尖刻的語言炮轟胡克。這樣，一個人大言不慚在前，另一個人惡語相向在後，兩個人開始成為畢生的死敵。

當然，這只是大戰的開始，在這次事件之後，雙方互相之間發表了幾篇文章進行了論戰。隨著牛頓的注意力暫時轉移到了別的方面，也沒有正式的全面論證微粒說。而胡克，也是被牛頓激烈的言辭嚇了一跳，沒有繼續咬住不放，兩人進入了暫時的休戰。

在這期間，光的波動說的另一個大將登上科學舞臺，他就是荷蘭物理學家惠更斯。惠更斯的出現，讓第一次光的波粒戰爭走向了高潮。

十七至十八世紀，英國和法國在科學界就像是江湖上的少林和武當，分庭抗禮。一大批科學家如群星般在這兩個國家升起。

巴黎皇家科學院

惠更斯就是這個時代的一個巨星。作為一個荷蘭人，他是巴黎皇家科學院的首任院長，還是英國皇家科學院第一個外國會員。他在力學，光學，數學，天文學領域都有著很多重要貢獻，我們以後有機會會在科學家故事裡詳細介紹。今天，我們還是聊聊他和光有關的故事。

在前文裡，我們知道牛頓設計製造了反射式望遠鏡，讓望遠鏡製造變的簡單並且縮短了望遠鏡的長度。17世紀後半世紀，任何一個光學領域的權威，都跟望遠鏡脫不了干係，惠更斯也是如此。

與牛爵爺充滿天才的設計不一樣的是，惠更斯更簡單粗暴，他設計的“天空望遠鏡”，直接拋棄了鏡筒，把巨大的物鏡安在高塔之上，然後觀測者站在幾個街區外，手持目鏡對著物鏡進行觀測。

惠更斯望遠鏡

與胡克對很多領域都淺嘗輒止不同，惠更斯對自己研究的領域都有獨到深刻的研究。

對於光，他與牛頓有著完全不同的見解，他支援胡克的波動說，並進行了詳細的研究。

惠更斯在數學理論方面更是具有非常高的才華。除了牛頓之外，另外一個獨立發明微積分的數學家萊布尼茨，就是在惠更斯的指導下開始學習數學的。

1678年惠更斯寫了《論光》一文，以波動理論為基礎，透過數學方法反推出光的折射和反射定律。讓波動說在這場戰爭中搶得了先機。

而此時提出微粒說的牛頓，正在準備他那篇劃時代的鉅著《自然哲學的數學原理》，暫時無心參與爭論。1687年，《自然哲學的數學原理》一書出版，開宗立派，奠定了牛頓在科學史上不可撼動的地位，以至於到如今，如果有人提到一本書叫《原理》，那麼一定是指牛頓的這本皇皇鉅著。

《原理》出版兩年後的1689年，惠更斯訪問英國，在那裡遇到了牛頓。我們不知道兩位科學巨星的會面具體交流了什麼，但是他們一定沒有互相說服對方。

兩人會面一年後，惠更斯出版了《光論》一書，第一次提出並給定了嚴謹、可建模的“機械波”概念，並且發表了與之配套的“惠更斯原理”

《光論》中最精彩部分是對雙折射提出的模型，用球和橢球方式傳播來解釋尋常光和非常光所產生的奇異現象，書中有幾十幅複雜的幾何圖，足以看出他的數學功底。

這本書徹底完整的建立了波動學說，波動說在這場戰役中暫時佔據了上風。微粒說因為沒有一個領袖人物發展出完整的理論，處於完全的劣勢。

《光論》出版5年後，惠更斯安詳的離開了人世。而牛頓因為萬有引力和牛頓力學體系的建立，成為了當之無愧的科學界第一人。

1703年，與牛頓鬥了一輩子的胡克在落寞中走完了自己68年的人生旅途。牛頓成為新的英國皇家學會主席，這個位置也讓牛頓在科學界的地位變得更為舉足輕重。

沒有人預料到，這一年會是第一次光的波粒戰爭的分水嶺。

胡克逝世後第二年，牛頓出版了鉅著《光學》。

這本著作匯聚了牛頓在劍橋三十年研究的心得，從粒子的角度，闡明瞭反射，折射，透鏡成像，眼睛成像原理，光譜等方方面面的內容。同時也將波動說中的週期，振動等理論引入到微粒說，全面完善的補足了粒子學說。

緊接著，他將波動說無法解釋的問題一一提出，並對惠更斯的《光論》一書加以反駁。

而波動說領域已經沒有惠更斯和胡克兩大領袖，牛頓用一己之力，扭轉了光的波粒戰爭的走勢。

牛頓因為《原理》一書奠定了他武林至尊的地位，沒有人再懷疑他在光學方面的正確性。這是一次摧枯拉朽的打擊，波動派毫無抵抗節節敗退，微粒說徹底贏得了光的第一次波粒戰爭的勝利，此後的一個世紀，再沒有人對光是粒子提出質疑。

直到整整一百年後，一個叫托馬斯.楊的醫生做了一個可以進入物理學重要性前五的實驗：光的雙縫干涉。吹響了波動說反攻的號角。

1773年6月，英國一個教徒家庭誕生了一個男孩，取名為托馬斯·楊。

托馬斯·楊

托馬斯·楊從一出生開始就展現了他的天賦異稟，兩歲開始閱讀各種經典，6歲學習拉丁文，14歲就用拉丁文寫過一篇自傳，16歲能夠說10種語言。後來還破譯了許多神秘的古埃及象形文字，併為埃及學的正式創立做出了突出的貢獻，他還會演奏當時幾乎所有樂器，如果單單說這段經歷，會讓人以為他是個文學天才。

羅塞塔石碑：解讀象形文字的線索

但是他其實是文理全才，他中學時讀完了牛頓的《自然哲學的數學原理》、拉瓦錫的《化學綱要》以及其他一些科學著作。為他打下了堅實的科學基礎。

長大後，受到當醫生的叔父的影響，去倫敦學醫。1794年，他21歲，由於研究了眼睛的調節機理，成為英國皇家學會會員，放到今天相當於21歲成了中科院院士。22歲的他去了德國的哥廷根大學繼續學醫，一年後就博士畢業了。

德國哥廷根大學

他在醫學上有很多成就，詳細研究了心臟和血管的功能，並發表了多篇論文。他還是世界上第一個研究散光的醫生，被譽為生理光學的創始人。在研究眼睛構造的過程中，他開始接觸光學上的一些基本問題。

左為正常視力，右為散光

1800年，托馬斯.楊正式在倫敦行醫，並在行醫之餘，致力於科學研究。

一年後，他做了一個名垂千史的實驗，光的雙縫干涉實驗。這個實驗如此經典，以至於我們在中學學習物理的時候，是必學的實驗。這個實驗有多經典呢？

2002年的時候，美國兩位學者在全美物理學家中做了一個調查，請他們提名有史以來最出色的十大物理實驗。

楊氏雙縫干涉實驗在這十大物理實驗裡竟然佔據了兩席，一個是托馬斯·楊做的原汁原味的光的雙縫干涉實驗，排在第五。而另一個是根據托馬斯·楊的雙縫演示應用於電子干涉試驗，排在榜首！因為這個實驗在量子力學上有重要意義。

1807年，托馬斯·楊總結出版了他的《自然哲學講義》，裡面第一次描述了這個實驗，距離牛頓發表《光學》一書已經過去了一百多年。

實驗的手段非常簡單：把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面，這樣從紙上的小孔透出來的就是一個點光源。在這個點光源後面放上一張紙，這張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光，穿過兩道狹縫投射到後面的螢幕上，會形成一排很有規律的明暗交替的條紋，這就是現在眾人皆知的干涉條紋。

楊氏雙縫干涉實驗

用微粒說是無法解釋這個實驗，因為沒有辦法解釋為什麼兩束光疊加起來反而會造成黑暗。

但是波動說能夠完美解釋，這在我們中學物理上有詳細的解釋。

波有波峰和波谷，如果我們讓兩個波相遇，當兩個波的波峰或者波谷正好相遇時會相互加強，形成了亮帶，如果兩束波的一個波峰和一個波谷相遇時，他們會互相抵消形成了暗帶。

透過精確的數學計算，可以直接計算出明帶和暗帶出現的位置，和實驗結果絲毫不差。

這成為了波動說的大規模殺傷性武器，隱藏於地下的光的波動說，再一次回到了歷史舞臺，光的第二次波粒戰爭就此開啟。

但是微粒說統治了一百多年，它是如此強大，百年來人們對牛頓構建的這個世界基本原理深信不疑，所以楊的論文從一開始就受到了權威們的嘲笑和諷刺。但是隨著時間的推移，干涉條紋這個大規模殺傷性武器畢竟證據確鑿，幾乎無法反駁，最終變成了繞不過去的坎。

科學之所以是科學，就在於科學是可以被證偽的，就算你是如牛頓這樣的天神般的存在，也會因為科學事實被質疑。微粒說既然擋不住干涉條紋的質疑，就想到了用其他實驗去反對波動說，其中最知名的實驗就是馬呂斯在1809年發現的偏振現象，這一現象當時的波動說沒法解釋，於是戰局進入了僵持，雙方都無法說服對方。

關鍵的轉折點在十幾年後，科學界迎來了另一個著名實驗，這個實驗被命名為泊松亮斑實驗。泊松是一個著名物理學家，但是如果可以選，他一定不願意看到自己的名字和這個實驗綁在一起。

泊松

1818年，法國科學院提出了一個徵文競賽題目：

1：利用精確的實驗確定光線的衍射效應

2：根據實驗，利用數學歸納法推匯出光透過物體附近時候的運動情況。

法國科學院

這個競賽評委會由許多知名科學家組成，包括拉普拉斯，泊松和比奧等微粒說的擁護者。

在法國物理學家阿拉果和安培的鼓勵和支援下，波動說陣營的一顆新星菲涅爾向科學院提交了應徵論文。

在論文裡，菲涅爾採用了波動說的觀點，用嚴密的數學推理，極為圓滿的解釋了光的衍射問題。

菲涅爾

這篇論文遞交到委員會的時候，遭到了委員會里堅持微粒說的科學家的反對。在委員會會議上，科學家泊松指出，根據菲涅爾的理論，用數學計算應該會看到一種奇怪的現象：

如果在一束光的傳播路徑上，放置一塊不透明的圓板擋住，在離圓板一定距離的地方，圓板陰影的中央應當出現一個亮斑。

這在人們的意識中是一種十分荒繆的事情，用一塊板子擋住光線，怎麼可能在背面反而會出現一個亮斑？所以泊松認為自己已經駁倒了波動說。

泊松

在這之前，菲涅爾沒有發現過這個亮斑。從數學角度，這需要高深的數學技巧才能計算出來，泊松是當時很厲害的數學家，換了一個人可能還計算不出來這個亮斑。

評委會中的另一位科學家阿拉果在關鍵時刻堅持一定要用實驗進行檢測。

阿拉果

菲涅爾和阿拉果一起做了這個實驗，實驗出現了令人意想不到的結果，這個計算出來的亮斑真的出現了。這個亮斑也因此被稱為“泊松亮斑”，泊松本來用來打擊波動派的理論，竟然變成了支援波動學說的最有力武器。

泊松亮斑

這個著名實驗，也成為了第二次光的波粒之戰的決定性事件，菲涅爾獲得了那一屆的科學獎。

數學和物理的魅力同時出擊，讓光的微粒說開始節節敗退，無力反攻。

泊松亮斑

但是微粒說有一個堡壘一直存在，那就是光的偏振問題，之前惠更斯認為光是一種縱波，但是這沒法解釋光的偏振問題。

之後菲涅爾又創造性的提出了光是一種橫波的理論，解釋了光的偏振問題，攻克了戰役中一個非常重要的堡壘，從此以後光的波動說開始節節勝利。

縱波和橫波

大決戰的日子來臨了，那就是光的速度。根據微粒說，光在水中的速度比真空中要快。而波動說一直認為光在水中速度是要比真空中要慢的。但是因為光速實在是太快，之前一直很難測量。

1850年，傅科向法國科學院提交了他關於光速測量實驗的報告。在準確測量了光在真空中的速度之後 ，他進行了水中光速的測量，發現這個值只有真空中光速的四分之三，這一結果徹底宣判了微粒說的死刑。

光在真空中速度為299792458m/s

波動說終於在100多年後推翻了微粒王朝！

沒過多久，另一個領域又傳來了更為爆炸性的發現，讓“光是一種波”這一結論變的牢不可破。同時又埋下了一個隱患。

如果說18世紀是牛頓力學的世紀，讓科學得到了長足的發展。

那麼19世紀就是電磁世紀，人類從開始接觸電，用了匪夷所思的速度迅速的發展了電磁學，世界也爆發了第二次工業革命，一個無與倫比的電氣時代到來了。

電氣時代

這個電磁王國是由兩個人奠定的，這兩位科學家在我們之前的文章裡都介紹過。他們就是電磁學雙子星座——法拉第和麥克斯韋。

我們知道，法拉第靠著天才的物理直覺發現了電與磁的關係，締造了電磁王國的基礎。1846年，法拉第發現在磁場之中光的振動面有偏轉，這說明光和電磁現象有關。很多科學家也開始發現，光與電磁現象之間有很大的關係，但是需要一個數學天才來給出結論。

法拉第

到了1864年，麥克斯韋用他高超的數學能力，發展了法拉第的電磁理論，發表了著名論文《電磁場的動力理論》，給出了優美的麥克斯韋方程，同時提出了電磁波的概念。

他透過計算，發現電磁波的速度和光速一樣，於是提出了“光是一種電磁波”的理論。

麥克斯韋

當然，這是理論計算，沒有人看過電磁波。所以直到麥克斯韋去世，人們還在爭論麥克斯韋的理論。

當時科學界有兩種觀點，一種是韋伯的觀點，認為電磁力是瞬時傳播的，不受時空限制，另一種就是麥克斯韋的理論，認為電磁力是靠電磁波傳遞，是有速度的。

電磁波

德國小城卡爾斯魯厄，賓士汽車的創始人卡爾·弗裡特立奇·本茨就出生在這裡。而這座城市，有一個比賓士還有名的人，他的名字叫赫茲。赫茲現在是物理學上頻率的單位，這個單位在電氣時代到處出現，比如我們電腦的重新整理率，用的就是赫茲為單位。

海因裡希·魯道夫·赫茲

1887年，剛剛結婚的赫茲，在實驗室裡專心致志的做著一個實驗，這個實驗將讓他聞名於世，並且永遠的被記錄在人類歷史中。

赫茲設計了一個電磁發生器，會產生電火花。根據麥克斯韋的理論，這個火花會產生電磁波。他又設計了一個接收器，如果電磁波傳過來，那麼接收器會產生火花。

赫茲的工作就是觀察這個火花，這一看就是近兩年的時間。

1888年的一天，赫茲看到了理論中的那個小火花。

終於，人類第一次在實驗室，檢測到了電磁波。

赫茲檢測電磁波實驗裝置

同時，這也證明了麥克斯韋理論的正確性，那個優美的方程組開始在物理學史上綻放光芒，影響後世直到今天。

經典物理大廈的另一座豐碑建立起來了，這個由法拉第打下地基，麥克斯韋建造主體，最終由赫茲封頂的豐碑，影響如此深遠。

在赫茲宣佈發現電磁波六年後，馬可尼發出了第一封無線電報，從無線電報到如今我們用的手機通訊，全部都依賴電磁波的應用。

如果沒有電磁波，我們這個世界很難如此便利的遠距離通訊，地球也不會真正成為一個地球村。

互聯互通的地球村

赫茲透過實驗資料，經過數學處理，得出了電磁波的速度。與麥克斯韋的預言驚人的一致，電磁波的速度與光速相等。

原來光並不神秘，它就是一種電磁波。只不過，光剛好落在我們可以看到的頻率，能夠被人類的眼睛觀察到。而其他的電磁波，人類看不到。

其後，人們透過各種實驗，進一步驗證了電磁波和光一樣擁有反射，衍射，干涉等特性，這些實驗進一步證實了電磁波和光的一致性。

隨後，從微波到X射線，從紫外線到紅外線，從伽馬射線到無線電波，整個電磁大廈變的金碧輝煌。而之前的主角，光，也只是電磁帝國下面的一個小小分支。

電磁波家族

至此，光是一種波的結論已經變的牢不可破。

只不過，有一個小小的陰影，隱藏在黑暗中。在電磁波實驗中，赫茲發現了一個奇怪的現象，在後世被稱為光電效應。當然那會還不叫這個名字，因為人們還沒有發現電子，赫茲忠實的記錄了這個現象。

但是他已經沒有時間去研究了。宣佈發現電磁波五年之後，赫茲因為敗血症英年早逝。

誰也沒想到這個小小的陰影將帶來下一個世紀物理學革命的到來，赫茲為經典電磁理論封頂，同時又埋下了推翻這座豐碑的種子。

光電效應

赫茲在做電磁波實驗的時候，發現了一個奇怪的現象。

為了能更清楚的看到電火花，他把這個實驗放在完全黑暗的盒子裡，此時卻發現電火花的能夠傳遞的距離縮小了，必須讓兩個小球之間的距離變的更短才能接收到電火花。如果有光照的話，反而接收器更容易接收到電火花。

赫茲對這個現象百思不得其解，寫下了一篇論文《論紫外光在放電中產生的效應》，赫茲發現如果有紫外線照射實驗裝置，會讓實驗效果更好。

在當時，這個論文沒有引起太多的關注，因為電磁波是個更激動人心的發現，因為電磁波的發現，出現了一系列重大發明，裡面蘊含著巨大商機。

就連赫茲自己都不知道，他已經觸控到了量子物理的潘多拉魔盒。

當然，還是有一些潛心研究的物理學家，對這個現象產生了興趣，做了一系列實驗。

人們發現只要紫外線照射金屬表面，金屬表面就會帶正電，好像負電飛走了一樣，當時還沒有發現電子，只能說是負電失去了。不同的金屬效果也不一樣，鉀鈉鎂鋁這類活潑金屬更容易失去負電。

1897年，湯姆遜在研究了陰極射線後發現了電子，人類開始使用電子的概念，來描述之前的負電。

上面的實驗也有了進一步發展，人們終於搞清楚，當紫外線照射金屬表面時，會讓金屬裡的電子不知道出於什麼原因，逃出金屬表面，因為光和電這種奇妙聯絡，人們給這個實驗取了一個名字“光電效應”。

隨著實驗越做越多，人們的困擾也越來越多。光能否從金屬表面把電子打擊出來，只跟光的頻率有關係。如果頻率不夠高，照一年也照不出電子。而且這跟光的強弱無關，最弱的紫外線也能打擊出電子，再強的紅外線也做不到這一點。

沒人知道，這是什麼原因。

我們暫時拋開這個問題，去迎接20世紀的到來，一個嶄新的時代開啟了。

19世紀剛過，一個不算年輕的科學家走上歷史舞臺，他的名字叫普朗克。1900年，普朗克在研究物體熱輻射的時候發現，只有假定電磁波的吸收和發射不是連續的，而是一份一份的，計算的結果才能與實驗結果相符。

1900年12月14日，人們正在準備歡度聖誕節。這一天，普朗克丟擲了他那篇名垂青史的《黑體光譜中的能量分佈》一文，提出了能量子的概念，後來被改名為量子，這一天後來被認為是量子物理的誕生日。

普朗克

這個量子是能量的最小單位，能量的傳遞不是連續的，在細分到一定程度之後，不能再分割。所有的能量都是以這個量子為基本單位的整數倍，我們可以傳遞1個量子，一千個量子，但是不能傳遞半個量子也不可以傳遞999個半量子。

量子概念的提出，是開天闢地的，因為這顛覆了人類的認知。物理學發展到這會，人們有一個從來沒有懷疑過的概念，那就是我們的世界是連續的。這是自牛頓創世以來幾百年，物理學中被認為堅不可摧想都不用去想的一個概念。

但是普朗克提出的概念，說的是我們這個世界不是連續的，是一份一份的。

如同一顆驚天炸雷響徹世間，量子物理的潘多拉魔盒被打開了。

當然，推翻經典物理的基石沒有這麼容易。就是普朗克自己都不願意對這個問題做深思，只是把這個作為數學上為了方便計算引入的一個概念。他被這個離經叛道的概念深深困擾，以至於他自己都在不斷強調，這只是一個概念，不要想太多。

在普朗克發表他這篇論文的同一年，一個青年人大學畢業了，他正在為生計發愁，因為他找不到工作。待業了將近一年後，在一個朋友的幫助下，他找到了一份專利局的技術員的工作。在專利局期間他用大把大把的時間思考最前沿的物理問題。幾年後，這個專利局的技術員震驚了世界，他的名字直到一百年後的現在，變的家喻戶曉，這個名字叫愛因斯坦。

年輕時候的愛因斯坦

1905年，這一年在物理學史上有個專門名稱——“愛因斯坦奇蹟年”。整個物理學史上也許只有牛頓在鄉下躲避瘟疫的那一年可以媲美。

這一年愛因斯坦發表了五篇論文，還有一篇是下一年年初發表，如果不嚴格定義，那就是六篇論文。每一篇都是驚世之作，都能夠去角逐諾貝爾獎。

其中一篇叫做《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》，這篇論文中，愛因斯坦從普朗克的量子假設出發，解釋了光是一群離散的量子，而不是連續性的波，每一個量子擁有的能量等於頻率和普朗克常量的乘積。

只有當單個光量子達到一定的能量級別才能夠讓金屬表面的電子逃逸，造成光電效應。如果單個光量子達不到這個能量級別，照射再多也沒有用，完美的解釋了光電效應的問題。

當然，理論的提出並不會讓人就立即接受。

就像麥克斯韋預言了電磁波，直到赫茲找到電磁波才能讓世人接受。

過了十年多，美國科學家密立根發表了一個實驗結果，證明了愛因斯坦對光電效應的解釋，並重新測量了普朗克常數。這之後，到了1921年，愛因斯坦因為光電效應獲得了諾貝爾獎。

光是一種電磁波這個結論變得不可動搖的時候，光量子的提出，又讓大戰一觸即發，光如果是一種波，那麼光量子算什麼？

光到底是波還是粒子？這個問題已經變的糾纏不清了，波動派有強大的理論和實驗支援，微粒派也有強大的理論和實驗支援。雙方決定握手言和，得出了最終的結論，光具有波粒二象性，既是波又是粒子。

不止是光具有這個特性，之後掀起滔天巨浪的量子物理裡，所有微觀的粒子都具有波粒二象性。至此，光學之爭，也算基本結束了。

而人類踏入了新的理論領域，量子物理席捲了整個物理學，這裡是一個跟我們常識完全不同的領域。

我們在經典物理中學到的很多東西，在量子物理領域都是不成立的，未來合適的機會，我們會一起了解這塊神秘的領域。

這幾百年的光之戰爭，幾乎物理學的每一個大神都牽扯了進來，他們用自己的智慧和執著，去孜孜不倦的探索這個世界的本源，推動了整個社會不斷的進步。

到如今依舊有很多未解之謎，但是人類不會停止探索。

也許未來有一天，聽我們說這段歷史的你也會變成那顆閃閃發光的巨星。

可見光的確切性質是一個困擾人類幾個世紀的謎。古希臘科學家假設每個可見的物體都會發出穩定的粒子流，而亞里士多德則認為光的傳播方式類似於海洋中的波浪。儘管在過去的20個世紀裡，這些思想經歷了無數次的修改和顯著程度的進化，希臘哲學家們所建立的爭論的實質至今仍然存在。

一種觀點認為光在本質上是波浪形的，產生的能量穿過空間，其方式類似於被落下的岩石擾動後在靜止池塘表面擴散的波紋。相反的觀點認為，光是由穩定的粒子流組成的，很像從花園軟管噴嘴噴出的微小水滴。在過去的幾個世紀裡，輿論的共識動搖了一段時間，一種觀點占主導地位，但卻被另一種觀點的證據推翻了。只有在20世紀的頭幾十年裡，收集到了足夠的令人信服的證據來提供一個全面的答案，令每個人驚訝的是，這兩種理論都證明是正確的，至少部分是正確的。

在十八世紀早期，關於光的性質的爭論已經把科學界變成了分裂的陣營，激烈地為他們最喜歡的理論的正確性而鬥爭。一組支援波動理論的科學家把他們的論點集中在荷蘭人克里斯蒂安·惠更斯的發現上。相反的陣營引用艾薩克·牛頓爵士的稜鏡實驗來證明光是以粒子簇的形式傳播的，每個粒子沿著直線前進，直到被折射、吸收、反射、衍射或以其他方式被擾亂。

儘管牛頓本人似乎對他的觀點有些懷疑，他在科學界的聲望舉足輕重，以至於他的擁護者在激烈的戰鬥中忽略了所有其他證據。惠更斯的光折射理論基於光的波狀性質的概念，認為任何物質中的光速與其折射率成反比。換句話說，惠更斯假設光被一種物質“彎曲”或折射得越多，穿過該物質的速度就越慢。他的追隨者得出結論，如果光是由粒子流組成的，那麼會出現相反的效果，因為進入密度更大的介質的光會被介質中的分子吸引，並經歷速度的增加而不是降低。儘管這個論點的完美解決方案是測量不同物質中的光速，例如空氣和玻璃，但那個時期的裝置並不能勝任這項任務。光似乎以同樣的速度移動，不管它透過的是什麼材料。150多年過去了，光速才能夠以足夠高的精度被測量，以證明惠更斯理論是正確的。

儘管艾薩克·牛頓爵士享有很高的聲譽，但在17世紀初，許多傑出的科學家並不同意他的微粒理論。一些人認為，如果光是由粒子組成的，那麼當兩束光束交叉時，一些粒子會相互碰撞，從而在光束中產生偏差。顯然，情況並非如此，所以他們得出結論，光不能由單個粒子組成。

粒子和波折射

當光束在具有不同折射率的兩種介質之間傳播時，光束經歷折射，並在從第一介質進入第二介質時改變方向。

當光線透過一個窄縫時，光束會擴散開來，變得比預期的要寬。這一極其重要的觀察為光波理論提供了相當大的可信度。就像水中的波浪一樣，遇到物體邊緣的光波似乎會繞著邊緣彎曲並進入其幾何陰影中，這是一個沒有被光束直接照射的區域。這種行為類似於纏繞在木筏末端的水波，而不是反射出去。

在牛頓和惠更斯提出他們的理論將近一百年後，一位名叫托馬斯·楊的英國物理學家進行了一項強烈支援光的波狀性質的實驗。因為他相信光是由波組成的，楊推斷當兩個光波相遇時會發生某種型別的相互作用。為了驗證這一假設，他使用了一個包含一個窄縫的螢幕，從普通的Sunny中產生相干光束(包含同相傳播的波)。當太Sunny遇到狹縫時，它們會散開或者衍射以產生單一波前。來自每個狹縫的光傳播到兩個狹縫中間的一個點應該完全同步到達。產生的波應該相互加強，產生更大的波。然而，如果考慮中心點兩側的一個點，那麼來自一個狹縫的光必須傳播得更遠才能到達中心點相對側的第二個點。離第二個點較近的狹縫發出的光會比遠處狹縫發出的光來得早，所以這兩個波會不同步，並可能互相抵消而產生黑暗。

到了19世紀中葉，科學家們越來越相信光的波浪形特徵，但仍然存在一個問題。光到底是什麼？英國物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋發現所有形式的電磁輻射都代表一個連續的光譜，並以同樣的速度在真空中傳播，即每秒186，000英里，這是一個突破。麥克斯韋的發現有效地釘上了粒子理論的棺材，到了20世紀初，光和光學理論的基本問題似乎終於得到了回答。 十九世紀八十年代後期，科學家首次發現，在某些條件下，光可以從幾種金屬的原子中驅逐電子，這是對波動理論的一個重大打擊(圖8)。雖然起初只是一種奇怪且無法解釋的現象，但人們很快發現紫外光可以釋放多種金屬中的電子原子，從而產生正電荷。德國物理學家菲利普·勒納德開始對這些觀察感興趣，他稱之為光效應。倫納德使用稜鏡將白光分成不同的顏色，然後有選擇地將每種顏色聚焦到金屬板上，以排出電子。 萊納德發現的事情令他困惑和驚訝。對於特定波長的光(例如藍色)，電子產生恆定的電勢或固定的能量。減少或增加光量會相應地增加或減少釋放的電子數量，但每個電子仍然保持相同的能量。換句話說，逃離原子鍵的電子的能量取決於光的波長，而不是強度。這與波動理論的預期相反。倫納德還發現了波長和能量之間的聯絡以下內容:波長越短，產生的電子能量越大。 光和原子之間聯絡的基礎是在19世紀初鑄造的，當時威廉姆·海德·沃拉斯頓發現太Sunny譜不是一個連續的光帶，而是包含數百個丟失的波長。德國物理學家約瑟夫·馮·夫琅和費繪製了500多條對應於缺失波長的細線，他將字母分配給最大的間隙。後來，人們發現這些間隙是由太陽外層的原子吸收特定波長產生的。這些觀察是原子和光之間的最初聯絡，儘管當時還不瞭解其基本影響。

1905年，阿爾伯特·愛因斯坦假設光實際上可能有一些粒子特徵，儘管有壓倒性的證據證明光是波浪形的。在發展量子理論的過程中，愛因斯坦從數學上提出，附著在金屬原子上的電子可以吸收特定量的光量子，但後來改成了光子)並因此有能量逃脫。他還推測，如果光子的能量與波長成反比，那麼更短的波長會產生能量更高的電子，這一假設事實上來自勒納德的研究結果。 美國物理學家阿瑟·H·康普頓在20世紀20年代的實驗鞏固了愛因斯坦的理論，他證明光子具有動量，這是支援物質和能量可以互換的理論的必要條件。大約在同一時間，法國科學家路易-維克托·德布羅意提出，所有物質和輻射都具有類似粒子和波的性質。德布羅意在馬克斯·普朗克的領導下，推出了愛因斯坦著名的質量和能量公式，包括普朗克常數:

E = mc2= hν

E是粒子的能量，m質量，c光速，h普朗克常數，而且ν是頻率。德布羅意的工作將波的頻率與粒子的能量和質量聯絡起來，是發展一個新領域的基礎，這個新領域最終將被用來解釋光的類波和類粒子性質。量子力學誕生於愛因斯坦、普朗克、德布羅意、奈爾斯玻爾、埃爾溫·薛定諤和其他試圖解釋電磁輻射如何顯示現在被稱為二元性、或類粒子和類波行為。光有時表現為粒子，有時表現為波。光行為的這種互補或雙重作用可以用來描述實驗觀察到的所有已知特性，從折射、反射、干涉和衍射到偏振光和光電效應的結果。光的屬性結合在一起，使我們能夠觀察宇宙的美麗。

光是實實在在的粒子還是振動的波？其實，這兩種答案都是錯誤的。聰明人會說光具有波粒二象性。但是，事實上，這個答案也是錯誤的。那麼，正確的答案是啥？

彆著急！彆著急！我們知道，光是量子，我們還是用圖說話，看看量子是什麼！

1.經典物理學的量子影象

2.量子力學的量子影象（粒子振盪）

3.弦理論的量子（弦）

開弦：

閉弦：

4經典物理學的環狀駐波影象

相對論的光量子影象呢？

抱歉，沒有！不是我沒有，而是相對論根本就沒有量子的具體描述。

看完圖片有什麼感想？

1.波粒二象性的答案不僅錯了，並且已經錯了40年，對，那會兒你的導師還在上小學呢？是的，上世紀70-80年弦理論建立，根據弦理論，量子既不是實實在在的粒子，也不是振動的波，而是不同振動模式的弦，粒子標準模型中每一種粒子都有一個替換的弦！請注意！是一對一地替換。弦理論橫空出世後，量子不在是具有波粒二象性，而是具有波粒弦三象性了。

2.從圖中我們可以直觀地看到，這個波粒弦三象性不過是同一種東西。有意思吧。

如果我們只相信一種理論完全正確，那麼，我們就會認定一種量子影象才是事實，而其他觀點都是錯的，這就掉進了證實性偏見的陷阱。所以，承認目前各的個理論並不完美是邁向真相的第一步。

先賢們幾千年積攢下來的思想成果滋養了我們的智慧，他們點亮了一個又一個的燈塔，指引著人類的發展方向，沒有人的觀點全部正確，也沒有人的觀點一無是處，有些觀點後來被事實證明是一個個的錯誤，那也是他們在錯誤的地方樹立起了一個個指引正確航道的航標燈。