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上帝說,要有光。這就是光的地位。人類接受資訊的70%以上來自於我們的眼睛。可以說我們的世界基本就是一個感光世界。

光代表希望。想象一下,一群原始人掌握了火,這給黑夜帶來光明。使人不再需要在夜裡爬上樹,躲避野獸的襲擊。進而勇敢地遠足,瞭解未知的世界。光和空氣,水一樣。對人類而言隨處可見,很重要卻也很平常,不是稀缺品。對其研究更是很久以後的事情。

光學成為獨立學科,開始於研究光的折射和反射。開普勒在系統研究的基礎上,寫了《折光學》。笛卡兒不久也推匯出了同一結果,在他的名著《方法論》 中有一附錄,叫《屈光學》,裡面也詳細描述了折射的現象。牛頓也在光學研究上留下了自己的印記。牛頓在光學方面的工作多是奠基性的實驗研究,其中尤以色散的研究最為突出。色散也是一個古老的課題,最引人注目的是彩虹現象。

在色散實驗的基礎上,牛頓總結出了幾條規律,即:1.光線隨其折射率不同,色也不同。色不是光的變態,而是光線原來的、固有的屬性。2.同一色屬於同一折射率,不同的色,折射率不同。3.色的種類和折射的程度是光線所固有的,不會因折射、反射或其它任何原因而改變。4.必須區分兩種顏色,一種是原始的、單純的色,另一種是由原始的顏色複合而成的色。5.本身是白色的光線是沒有的,白色是由所有色的光線按適當比例混合而成。6.由此可解釋稜鏡形成各種色的現象及彩虹的形成。7.自然物體的色是由於對某種光的反射大於其它光反射的緣故。8.把光看成實體有充分根據。 這些結論今天看都沒有問題,但當時確實顛覆已有認知的。而這一切都是用幾個三稜鏡實驗完成的。

現代光學起源於19世紀。研究的核心是光的本質。其中主要就是微粒說和波動說。微粒說把光看成是由微粒組成,認為這些微粒按力學規律沿直線飛行,因此光具有直線傳播的性質。但隨著光學研究的深入,人們發現了許多不能用直進性解釋的現象,例如干涉、衍射等,用光的波動性就很容易解釋,這就出現了波動說。

光到底是波動還是粒子,這讓科學家們操碎了心。這裡面充滿了權威與挑戰的故事。前面我們說到牛頓對光學的研究顛覆了已有認知。前期也不為人們接受。可隨著牛頓科學地位的提升,他的學說成為權威。而後期的挑戰者就需要面對這個權威。其中就有著名的雙縫干涉實驗。雙縫干涉實驗為托馬斯·楊的波動學說提供了很好的證據,這對長期與牛頓的名字連在一起的微粒說是嚴重的挑戰。在之後的一二十年間,竟沒有人理解托馬斯·楊的工作。據說,托馬斯·楊專門撰寫的論文竟無處發表,只好印成小冊子,小冊子出版後, “只賣出了一本”。

光作為物質是在太小了,直到量子理論的層面才可以解釋它的物質屬性。而現有的結論也就是那個著名的波粒二象性。

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