如果要論及科學界最打臉的實驗之一，泊松亮斑絕對是榜上有名，今天我們就來了解一下。

世界究竟是什麼？這是一個哲學命題也是一個科學命題，在科學還沒有進入微觀世界之前，光這種迷人而又耀眼的存在一直吸引著科學家們的目光，光究竟是什麼呢？這個問題科學家引起了一場持久的論戰。

1660 年，牛頓的一生死敵胡克發表了他的光波動理論。他認為光線在一個名為發光以太的介質中以波的形式四射，並且由於波並不受重力影響，他假設光會在進入高密度介質時減速。胡克的光波動理論是光的波動說的雛形。

而牛頓卻和胡克提出了相反的意見，他在法國數學家皮埃爾·伽森荻提出的物體是由大量堅硬粒子組成的基礎上，根據光的直線傳播規律、光的偏振現象，最終於1675 年提出假設。

牛頓認為光是從光源發出的一種物質微粒，在均勻媒質中以一定的速度傳播。微粒說由此產生。

牛頓的分光實驗

而牛頓和胡克還沒有撕起來，法國科學院的掌門人惠更斯也插了進來，在 1678 年，惠更斯在法國科學院的一次公開演講中推翻了牛頓的光的微粒說，並在 1690 年出版的《光論》提出了著名的惠更斯原理，惠更斯原理表示波前的每一點可以認為是產生球面次波的點波源，而以後任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡。

藉著這原理，他可以給出波的直線傳播與球面傳播的定性解釋，並且推匯出反射定律與折射定律；但是他並不能解釋，為什麼當光波遇到邊緣、孔徑或狹縫時，會偏離了直線傳播，即衍射效應。惠更斯假定次波只會朝前面方向傳播，而不會朝後面方向傳播。他並沒有解釋為什麼會發生這種物理行為。但是在當時來說，惠更斯原理的提出標誌著波動學說的正式建立。

而由此也掀起了第一次波粒大戰，惠更斯和牛頓的支持者你來我往互掐了好幾個回合，還逼的牛頓和惠更斯兩個人下場對撕。

在惠更斯去世之後，牛頓出版鉅著《光學》，這本著作匯聚了牛頓在劍橋三十年研究的心血，從粒子的角度，闡明了反射、折射、透鏡成像、眼睛作用模式、光譜等方方面面的內容，他更從波動說中汲取養分，將波動說中的震動、週期等理論引入粒子論，全面完善補足了粒子學說。

緊接著牛頓將波動說無法解釋的問題一一提出，並對惠更斯當年的《光論》加以駁斥。因為死人是沒有辦法反駁的，再加上牛頓當時在科學界的地位，牛頓最終以一己之力，扭轉了光學兩大理論交鋒局勢，贏得了第一次波粒之戰的勝利，此後的一個世紀，微粒說一直牢牢佔據著光學研究的主流。

1807 年，在波粒之戰過去 103 年之後，著名的科學家托馬斯·楊在實驗室進行了著名的楊氏雙縫干涉實驗，由此拉開了第二次波粒大戰的序幕。

托馬斯.楊在研究牛頓環的明暗條紋的時候，他突然產生了疑問“為什麼會形成一明一暗的條紋呢？”他想：“用波來解釋不是很簡單嗎？明亮的地方，那是因為兩道光正好是“同向”的，它們的波峰和波谷正好相互增強，結果造成了兩倍光亮的效果；而暗的那些條紋，則一定是兩道光正好處於“反向”，它們的波峰波谷相對，正好相互抵消了。“

為了驗證這個想法，他立即進行了一系列實驗，這便是著名的楊氏雙縫干涉實驗。這個實驗中學物理課本上也有。

就是把一個手電筒放在一張開了一個小孔的紙前邊，然後在紙後邊再放一張紙，不同的是第二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到牆壁上，就會形成一系列明、暗交替的條紋。

這個實驗成了支援光的波動理論的絕佳例子，楊氏雙縫實驗也被稱為光的干涉現象，干涉這個名詞也是楊首次提出的。他證實了光纖通過平行且距離很小的兩個小孔，通過兩小孔頻率相同的光會發生互相影響投射出明暗相間的圖案

楊的實驗結果給學界帶來了很大的衝擊，也極力地證明了惠更斯早年提出的光波動理論，然而，當時牛頓已經成為了權威，容不得質疑，科學界對於微粒說深信不疑。托馬斯.楊遇到了和麥克斯韋一樣的事情。他們對於楊的實驗結果予以否認，並稱之“荒謬絕倫”。

托馬斯.楊遭受到了無與倫比的壓力，他在雙縫實驗得出來的結論被無情封殺，據傳只印刷了一本，還是自己自費印刷的，後來托馬斯.楊宣佈退出光學研究，轉而研究考古學，當然在考古學他也作出了巨大的成就。

而托馬斯·楊的雙縫實驗傳到法國科學家，也引起了法國科學界的震動，但是法國科學院迷信牛頓的權威，認為托馬斯·楊的實驗是錯的。

1818年，法國科學院提出了徵文競賽題目：一是利用精確的實驗確定光線的衍射效應；二是根據實驗，用數學歸納法推求出光通過物體附近時的運動情況。

在法國物理學家阿拉果與安培的鼓勵和支援下，菲涅耳向科學院提交了應徵論文。他用半波帶法定量地計算了圓孔、圓板等形狀的障礙物產生的衍射花紋，在了惠更斯和托馬斯·楊的波動說基礎上，提出了惠更斯-菲涅耳原理。

菲涅耳在惠更斯原理的基礎上假設這些次波會彼此發生干涉，用這種觀點來描述波的傳播，可以解釋波的衍射現象。特別地，惠更斯－菲涅耳原理是建立衍射理論的基礎，並指出了衍射的實質是所有次波彼此相互干涉的結果。為了符合實驗結果，他又添加了一些關於次波的相位與波幅的假定，從而給波為什麼只會朝前面方向傳播，而不會朝後面方向傳播這問題給出一個定量的解釋。

憑藉此原理，菲涅耳解釋影子的存在和光的直線傳播，並指出光的干涉現象和聲音的干涉現象所以不同，是由於光的波長短得多。

菲涅耳把自己的理論和對於實驗的說明提交給評判委員會。參加這個委員會的有：波動說的熱心支持者阿拉果；微粒說的支持者拉普拉斯、泊松和比奧；持中立態度的蓋·呂薩克。菲涅耳的波動理論遭到了光的粒子論者的反對。

泊松立馬就跳出來反駁，根據菲涅耳的理論，應當能看到一種非常奇怪的現象：如果在光束的傳播路徑上，放置一塊不透明的圓板，由於光在圓板邊緣的衍射，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。

泊松提出來的現象在當時來說，是非常不可思議的，可以說違背了當時人們的認知常識，所以泊松認為這個計算結果足夠證明光的波動說是荒謬的。他信誓旦旦地宣稱，他已駁倒了波動理論。

然而菲涅耳和阿拉果並沒有放棄，立馬接受了這個挑戰，如果說菲涅爾的實驗結果上，不透光圓板後面應該是一個暗斑，這就說明光具有粒子性，但是如果真出現了亮斑，就證明了光具有波動性。

他們立即用實驗檢驗了這個理論預言，影子中心的確出現了一個亮斑。可以說非常精彩地證實了菲涅爾理論的結論，本來是為了徹底打倒波動說，結果卻撼動了微粒說的權威地位。後人戲劇性地稱這個亮點為泊松亮斑。

過了不久，菲涅耳又用複雜的的理論計算表明，當這個圓片的半徑很小時，這個亮點才比較明顯。經過實驗驗證，果真如此，菲涅耳因此榮獲了這一屆的科學獎，可以說，泊松亮斑成了惠更斯－菲涅耳原理的最好佐證。

我們可以自己在家裡那鐳射筆還有玻璃來做這個實驗，在玻璃上用黑筆塗上一個圓形的陰影，將玻璃放置在白牆前方，你用鐳射筆照射這個陰影，那麼在後面的白牆牆上，你用放大鏡觀察就會發現在暗斑中間會有一個亮斑，這就是泊松亮斑。

泊松無形之中為菲涅爾助攻了一把，菲涅爾的理論成為了第二次波粒戰爭的決定性事件。後來傅科和赫茲的實驗則直接推翻了牛頓的微粒說權威地位，獲得了第二次波粒大戰的終極勝利。

直到德布羅意在1924 年提出了“物質波”假說，認為和光一樣，一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現象，1927年，C . J . 戴維孫和 L . H . 革、G . P. 湯姆孫和A.裡德分別用實驗證實了德布羅意理論的正確性，從而徹底終結了波粒大戰。

簡單來說，光既是粒子也是波，量子力學認為當人們沒有對粒子進行觀察的時候，它們是以波的形式運動，由於存在干涉，穿過雙縫後會出現一道道痕跡。一旦觀測後，它們立刻選擇成為粒子，就不會產生干涉，穿過雙縫留下痕跡。

也就是說粒子的波粒二象 性不可能在同一測量中同時出現，兩個概念在描述微觀現象時是 互斥的，不會在同一-實驗中直接衝突。二者在描述微觀時都是不可缺少的，它們是互補並協的。

玻爾曾舉國過一個形象的粒子在任一時刻我們只能看到銀幣的-面，而只有當銀幣的正、反兩面都被看到後，才可能銀幣有完整的認識。這也是為什麼會產生波粒大戰的原因，牛頓惠更斯他們在實驗中都只看到了光的一面。