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一场持续300多年的著名争论
发布时间:2021-04-09 15:22 星期五
来源:解放军报


■王皓凡  史利鹏  焦文浩


思想交锋会擦出智慧火花。

400多年前,法国科学院里的一次激情演讲,引发一场持续300多年的著名争论——“波粒之争”。

这场争论的主题,是“光的本质是什么”。

大家都知道,光很奇妙,它照亮了人们眼中多彩的世界,却触摸不到,没有气味也没有重量。它就像凭空诞生一般,可一下子充满整个空间。

人们对光的研究起源很早,但在相当长一段时间里,关于“光的本质是什么”始终是令人困扰、又令人关注的课题,牵动着无数科学家的神经。这场关于光本质的争论异常激烈,以牛顿与惠更斯为主要代表的多位著名物理学家卷入此次争论的“漩涡”。

将时间的指针拨回到17世纪下半叶,牛顿在创建经典力学体系的过程中,提出了“微粒说”。他认为,光是一种微粒流,微粒从光源飞出,在均匀介质内作等速直线运动。这一说法轻而易举地解释了光的传播与反射,一时间受到大众认可。

可“微粒说”刚刚面世,就遭到荷兰物理学家惠更斯的强烈反对。他认为,“微粒说”在解释光的干涉、衍射等现象时极为勉强,难以自圆其说。挑战牛顿的权威,可以说是惠更斯这一生中最刚性、最高调的一次出场。

于是,就有了1678年惠更斯在法国科学院的那次演讲。演讲中,他推翻了“微粒说”。随后,在1690年出版的《光论》一书中,他正式提出光的“波动说”,主张光实际是一种机械波,并用数学模型解释了“微粒说”无法解释的双折射等问题。著名的惠更斯原理由此诞生。

这仅仅是一场跨越几个世纪争论的开始。牛顿虽然十分敬重惠更斯这位科学界前辈,但两人在认知上的对立已然不可调和。18世纪初,牛顿出版了他的皇皇巨著《光学》。他不断对“微粒说”进行充实,坚定不移地对光的本质作粒子性解释,在承认“波动说”一些思想的同时,指出其本身存在的不完善性。当时的牛顿科学声誉如日中天,拥有无数追随者,这使得“微粒说”在整个18世纪的争论中占尽上风。

进入19世纪,“波动说”打了一场“翻身仗”。英国一名医生托马斯·杨用波动理论成功地解释了干涉现象。之后不久,法国物理学家菲涅耳更是以严密的数学推理,从横波观点出发,圆满地解释了光的偏振,并定量解释了衍射。至此,“波动说”彻底战胜“微粒说”,光学发展进入了新时期。

然而,这并非就是这场争论的结局。当历史车轮前进到20世纪,科学家爱因斯坦提出光量子理论,人们这才最终认识到,光既是微粒又是波动。一场持续了300多年的“波粒之争”终于落幕。

在这场论争中,许多科学家崭露头角、各抒己见。“波粒之争”推动了物理学的大发展,相对论、量子力学以及光电效应的诞生都与之密切相关。

“波粒之争”虽告一段落,然而人们对光本质的探讨并未就此终止。在时间考验下,光学正经历着千锤百炼,逐渐形成一套完备的科学理论。

责任编辑:廉颖婷