《迪迦奥特曼》中有句特别热血中二的名言:你要永远相信光!
意思是,无论你面对的环境多黑暗,敌人多强大,内心都要相信光明即将出现,正义终将获胜——
就像阳光穿过黑夜
黎明悄悄划过天边
不要悲伤不要害怕
充满信心期盼着明天
但你有没有想过——光,到底是什么?
光是世界上最重要的信息传播中介,我们的一切观察研究,都必须依靠光。
人类本能惧怕黑暗,发自内心需要光,渴望光,热爱光!
朱熹说:天不生仲尼,万古如长夜。
亚历山大·蒲柏说:世界规律隐藏在黑暗中,上帝说,诞生吧,牛顿!于是一片光明。
早在古希腊时代,哲学家德谟克利特就提出过“原子说”,认为世界由原子构成。光也一样由光原子构成。但这只是一种哲学上的假设,缺乏足够的实证基础。人类迈入科学时代的标志,是掌握了一套在数学基础上,通过实验对一个观点进行证明或证伪的方法论。所以1687年牛顿出版的《自然科学的数学原理》,可以视为人类全面迈入科学时代的标志。
17世纪以来的科学时代,关于光的本质,发生过三次大论战。最初,笛卡尔认为,光是一种机械波。
笛卡尔,法国哲学家,数学家和科学家,解析几何之父 后来惠更斯、胡克等物理学家也都支持波动说,把光看成波,可以很好解释光的反射、折射现象,特别是奇怪的衍射现象。但牛顿不这么看,他认为光是一种粒子。通过三棱镜实验,牛顿发现了光的色散现象,阳光是由不同颜色的光混合而成。牛顿认为,这是因为不同质量的光粒子产生不同颜色的光,这些光粒子混合在一起,合成白光。牛顿还发现,假定光是粒子,就能很好遵循他发现的三大运动定律。粒子的特点是在时空中相互独立,不连续的。波则相反,在时空中是连续的。凭直觉就知道,粒子和波是冲突的,光要么是粒子,要么是波,总有一个正确答案。
至此,牛顿为代表的“微粒说”和惠更斯为代表的“波动说”,展开了关于光的本质的第一次大论战。
由于当时科学刚刚兴起,没有足够的实验手段能证明谁的理论更正确,科学界就只能排资论辈,牛顿成就太大,名气太响,就相信了牛顿的观点。
直到100年后,托马斯·杨做了一个从此彻底颠覆人类世界观的伟大试验——双缝干涉实验。
试验很简单,一束光对着一张开了两条平行狭缝的纸板打过去,光穿过狭缝投射到后方观测板上,如果光是粒子,沿直线传播,那观测板上看到的应该也是两条相同的平行光带。凭直觉,我们也能得出这个结论吧?但实验结果却是:观测板上出现了一系列一明一暗有序间隔的平行条纹!如果光是粒子,就无法解释这种现象。只有假定光是一种波,有波峰和波谷,当两束光波的波峰遇上波峰,就会形成叠加,打出来的就是自我加强的亮光,当波谷遇上波峰,就会形成对冲,相互抵消,打出来的就是两条亮光之间的暗光。
由此,消停100年后,第二次大论战重燃战火!
1850年,傅科准确得出了光在真空中的速度,而光在水中的速度只有其3/4,进一步支持了光的波动说。
到19世纪后期,以麦克斯韦预言电磁波,赫兹实验证明电磁波,以及麦克斯韦电磁方程组的诞生为标志,“光也是一种电磁波”的观点,被物理学界广泛接受。