对于一个人的行为，我们究竟是应该从社会的角度来解读，还是根据其个人的素质来判断呢？比如，关于人的寿命，是人的基因重要，还是社会的文明程度更为重要？

　　根据自然辩证法，内因是本质，外因是条件，外因是通过内因而起作用的。对于一只猫来说，即便是外部环境再好，其寿命也不过二十几年。反之，即便是长寿的海龟??，在其刚出生之际，也必须拼命地朝大海奔跑。如果不幸被鸟??叼走，长寿的海龟也只能一命呜呼了。

　　对于微观粒子所具有的波粒二象性来说，也是如此。粒子是本质，粒子的波动性则是由影响其存在的物理背景所产生的。

　　因为，作为物理背景的，是由无数个不可再分的最小粒子（量子）构成的量子空间。这一空间是不连续的，当感应空间的尺度小于空间量子的间距时，量子空间的不连续性便显现了出来。

　　比如，类似花粉在水中的无规运动即布朗运动，当粒子的半径小于空间量子之间的距离时，就会受到空间量子的不对称碰撞??，从而使该粒子产生了无规运动，表现为其具有了波动性。

　　这就是为什么，所有的微观粒子都具有波粒二象性的原因。微观粒子和高速运动的宏观物体一样，都受到了量子空间的显著影响，使物体的行为是二维的，是由物体自身的特性与空间的束缚共同决定的。

　　作为微观粒子的一员，光子也不例外，其本质是不可再分的最小粒子，其行为受到了空间不连续的扰动，具有波动性。

　　由于我们的宇宙是一个具体而有限的封闭体系，所以宇宙必然是由无数个不可再分的最小粒子构成的。

　　为了使能量具有不连续性，普朗克在其建立的黑体辐射公式中设立了一个量纲为粒子角动量的常数。该常数就是宇宙中最小粒子的本征参量。于是，这一不可再分的最小粒子被命名为量子。由于量子的角动量即普朗克常数h大于零，所以量子也是粒子，其质量和半径都是大于零的。

　　由此，我们获得了一个有机的量子宇宙观：基态的量子构成空间，受到激发的量子就是光子，由高能量子组成的封闭体系就是各种基本粒子。

　　所以，光的本质是粒子，只是其与基本粒子相比，存在着层次上的差别。因而，其质量与半径都远小于基本粒子的质量和半径。

　　总之，根据二维的认识观，任何物体的行为都会不可避免地受到量子空间的影响，具有波动性。光子也不例外，只是作为不可再分的最小粒子，其具有更大的波动性。这就好比船??越小，就越随波逐流，与大海的涌动相一致。

　　任何物质都具有波粒二象性，只不过宏观物质主要粒子性（相对静止性），而微观物质主要显示波动性（运动性）。大象是软的还是硬的？这个问题大家都会觉得很可笑，其实光是粒子的还是波的，这个问题同样可笑，因为光是粒子与波的统一体，是光存在的二个方面，只有粒子的光或只有波的光是根本不存在的。波与粒子都是光的现象，只有透过现象，才能认识其本质。

　　故事很长，长达几百年的争论，几乎物理学所有大牛都加入了进来：

　　物理学发展到17世纪，才算是真正的拨开了迷雾。在那个开宗立派的名字闪闪发光之前，已经有很多拓荒者了。在这个科学的洪荒时代，数学和物理是不分的，他们都是研究上帝为人间制定的规律的人。

　　在上初中的时候，我们将开始学习解析几何的知识。相对于学习平面几何时，我们可以用现实中的场景去理解。解析几何更为抽象，也更为数学化。如果以后进入初中，一定要记住解析几何的感觉，这是进入数学的真正大门的第一步，把现实问题翻译成数学语言，然后不用考虑现实中的问题，用纯数学的方法解决这个问题。

　　这门学科，是一个叫笛卡尔的法国人开创的，所以解析几何用的坐标系，也被称为笛卡尔坐标系。

　　前面我们知道斯涅尔总结出了折射定律，斯涅尔用了大量的实验总结出来的定律，笛卡尔用解析几何的办法，在纯数学的角度推出了折射定律。

　　笛卡尔对于光提出了两种假说：一种假说认为，光是类似于微粒的一种物质；另一种假说认为光是一种以“以太”为媒介的压力。

　　光的微粒说和波动说在笛卡尔的假说里，埋下了伏笔，也从此开始了几百年的大争论。

　　1655年，意大利波仑亚大学的数学教授格里马第在观测放在光束中的小棍子的影子时，首先发现了光的衍射现象。据此他推想光可能是与水波类似的一种流体。

　　1663年，英国科学家波义耳提出了物体的颜色不是物体本身的性质，而是光照射在物体上产生的效果。他第一次记载了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹。

　　谁也没想到，这是第一次光的波粒战争的导火索。

　　波义耳的实验助手胡克重复了格里马第的实验，并通过对肥皂泡膜的颜色的观察提出了“光是以太的一种纵向波”的假说。根据这一假说，胡克也认为光的颜色是由其频率决定的。

　　胡克在当时是非常有名的科学家，他涉猎广发，在很多领域都有研究，但是他在研究方向太杂，没有专注于某一两个擅长的领域，导致他很少有突破性的研究。而且很多研究方向，已经摸到了突破的边缘，但是没有进一步深入。

　　在当时，胡克最擅长的是光学和仪器设计。他设计制造了真空泵，显微镜和望远镜。

　　他在1665年出版了《显微术》一书，《显微术》是一本划时代的著作，这本书详细描述了他利用显微镜观测所得，细胞一词就是他命名的，这本书为胡克赢得了世界性的学术声誉，在这本书中，胡克明确的支持了光的波动学说。

　　然后，胡克命运中天生的克星，一个划破天空的名字开始登上了科学的历史舞台。也让第一次光的波粒之争，开启了大幕。这个名字叫——牛顿。

　　物理学发展到17世纪的下半个世纪，在这座天空划过一道闪电，一个金光闪闪的人物出现了，他的名字叫牛顿。

　　那首著名的诗文足以形容他的伟大之处：自然和自然的法则隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿去吧，于是一片光明。

　　牛爵爷到底有多牛，我们已经介绍过，就不多说了。他在物理学里的地位相当于儒家的孔子，道家的老子。

　　在那个科学的洪荒时代，只要是个科学家，都不会只涉猎一个领域，牛爵爷也不例外。他不但一手创立了牛顿力学体系，奠定了近代物理大厦的根基，还是数学领域的超级大牛，而对于光学，牛爵爷也没拉下。

　　1672年初，刚刚崭露头角的牛顿，因为制造了一台望远镜当选为英国皇家学会的会员。

　　在伽利略发明望远镜之后，天文学取得了飞速的发展，地心说也因此破产。但是，天文望远镜的制造却遇到了瓶颈。

　　传说伽利略用望远镜观察星空的时候，开普勒跟他借望远镜，伽利略不愿意借，但是开普勒就是造不出这个望远镜。

　　制造望远镜需要磨制镜片，而磨制镜片在当时是一门高深的技术活，不是什么人都能做的，也不像现代社会有各种机器可以打磨镜片。当时的科学家只能靠自己磨制镜片，但是动手这件事情，不是所有人都擅长的，于是很多科学家可以设计望远镜，但是却做不出来。

　　前文提到的胡克，就是一个擅长磨制镜片的高手，所以他在光学和仪器方面是一个权威。

　　而牛顿，在制作望远镜的过程中，试了很多次，就是磨制不出合适的镜片。

　　但是天才就是天才，既然做不到，那么我干脆彻底改变这个模式好了，于是牛顿改了流行的望远镜设计。

　　之前的设计是折射式望远镜，需要多个凹面镜，增加了望远镜的制作难度。而牛顿，设计了第一个反射式望远镜，只需要一个凹面镜，这样就大大简化了望远镜的制造难度，也缩短了望远镜的长度。

　　当时的牛顿才29岁，年轻气盛，正准备在光学和仪器方面大展拳脚。他提交给皇家协会的第一篇论文的内容是关于他所做的光的色散实验。

　　光的色散实验，现在我们在小学的时候就会接触到。一束光照射到三棱镜上，会分解出红橙黄绿蓝靛紫七种色彩。之前也有人发现光折射之后会产生不同的颜色，但是牛顿是第一次把这个实验精确呈现的人。

　　传说他为了做这个实验，在炎热的夏天，把自己关在一个完全封闭的黑色屋子里，只留了一个小孔透过一束白光。当时可没有空调，牛顿汗如雨下的做了这个实验。

　　当这束白光透进漆黑屋子里的三棱镜，在墙上呈现出美妙的光谱时，强烈的光照对比，让这个实验被誉为物理学最美实验。

　　在牛顿提交的关于这个实验的论文中，牛顿提出光是一群不同色彩的微粒，复合而成，在碰到三棱镜之后，又分解为不同颜色的微粒。

　　他的这篇论文被交给三个人评审，这三个人包括胡克。前面我们知道胡克最擅长的就是光学和仪器制造，现在牛顿的反射望远镜比胡克的先进，又在光学上第一次提出了光的色散实验。这让他感受到了威胁，胡克声称，牛顿论文中关于光的复合分解是剽窃的他1665年的思想，而牛顿提出的微粒说，完全就是个错误。

　　

　　牛顿收到这个评价勃然大怒，花了4个月时间洋洋洒洒写了一篇长文，对每一点都进行了反驳，并且用非常尖刻的语言炮轰胡克。这样，一个人大言不惭在前，另一个人恶语相向在后，两个人开始成为毕生的死敌。

　　当然，这只是大战的开始，在这次事件之后，双方互相之间发表了几篇文章进行了论战。随着牛顿的注意力暂时转移到了别的方面，也没有正式的全面论证微粒说。而胡克，也是被牛顿激烈的言辞吓了一跳，没有继续咬住不放，两人进入了暂时的休战。

　　在这期间，光的波动说的另一个大将登上科学舞台，他就是荷兰物理学家惠更斯。惠更斯的出现，让第一次光的波粒战争走向了高潮。

　　十七至十八世纪，英国和法国在科学界就像是江湖上的少林和武当，分庭抗礼。一大批科学家如群星般在这两个国家升起。

　　巴黎皇家科学院

　　惠更斯就是这个时代的一个巨星。作为一个荷兰人，他是巴黎皇家科学院的首任院长，还是英国皇家科学院第一个外国会员。他在力学，光学，数学，天文学领域都有着很多重要贡献，我们以后有机会会在科学家故事里详细介绍。今天，我们还是聊聊他和光有关的故事。

　　在前文里，我们知道牛顿设计制造了反射式望远镜，让望远镜制造变的简单并且缩短了望远镜的长度。17世纪后半世纪，任何一个光学领域的权威，都跟望远镜脱不了干系，惠更斯也是如此。

　　与牛爵爷充满天才的设计不一样的是，惠更斯更简单粗暴，他设计的“天空望远镜”，直接抛弃了镜筒，把巨大的物镜安在高塔之上，然后观测者站在几个街区外，手持目镜对着物镜进行观测。

　　惠更斯望远镜

　　与胡克对很多领域都浅尝辄止不同，惠更斯对自己研究的领域都有独到深刻的研究。

　　对于光，他与牛顿有着完全不同的见解，他支持胡克的波动说，并进行了详细的研究。

　　惠更斯在数学理论方面更是具有非常高的才华。除了牛顿之外，另外一个独立发明微积分的数学家莱布尼茨，就是在惠更斯的指导下开始学习数学的。

　　1678年惠更斯写了《论光》一文，以波动理论为基础，通过数学方法反推出光的折射和反射定律。让波动说在这场战争中抢得了先机。

　　而此时提出微粒说的牛顿，正在准备他那篇划时代的巨著《自然哲学的数学原理》，暂时无心参与争论。1687年，《自然哲学的数学原理》一书出版，开宗立派，奠定了牛顿在科学史上不可撼动的地位，以至于到如今，如果有人提到一本书叫《原理》，那么一定是指牛顿的这本皇皇巨著。

　　《原理》出版两年后的1689年，惠更斯访问英国，在那里遇到了牛顿。我们不知道两位科学巨星的会面具体交流了什么，但是他们一定没有互相说服对方。

　　两人会面一年后，惠更斯出版了《光论》一书，第一次提出并给定了严谨、可建模的“机械波”概念，并且发表了与之配套的“惠更斯原理”

　　《光论》中最精彩部分是对双折射提出的模型，用球和椭球方式传播来解释寻常光和非常光所产生的奇异现象，书中有几十幅复杂的几何图，足以看出他的数学功底。

　　这本书彻底完整的建立了波动学说，波动说在这场战役中暂时占据了上风。微粒说因为没有一个领袖人物发展出完整的理论，处于完全的劣势。

　　《光论》出版5年后，惠更斯安详的离开了人世。而牛顿因为万有引力和牛顿力学体系的建立，成为了当之无愧的科学界第一人。

　　1703年，与牛顿斗了一辈子的胡克在落寞中走完了自己68年的人生旅途。牛顿成为新的英国皇家学会主席，这个位置也让牛顿在科学界的地位变得更为举足轻重。

　　没有人预料到，这一年会是第一次光的波粒战争的分水岭。

　　胡克逝世后第二年，牛顿出版了巨著《光学》。

　　这本著作汇聚了牛顿在剑桥三十年研究的心得，从粒子的角度，阐明了反射，折射，透镜成像，眼睛成像原理，光谱等方方面面的内容。同时也将波动说中的周期，振动等理论引入到微粒说，全面完善的补足了粒子学说。

　　紧接着，他将波动说无法解释的问题一一提出，并对惠更斯的《光论》一书加以反驳。

　　而波动说领域已经没有惠更斯和胡克两大领袖，牛顿用一己之力，扭转了光的波粒战争的走势。

　　牛顿因为《原理》一书奠定了他武林至尊的地位，没有人再怀疑他在光学方面的正确性。这是一次摧枯拉朽的打击，波动派毫无抵抗节节败退，微粒说彻底赢得了光的第一次波粒战争的胜利，此后的一个世纪，再没有人对光是粒子提出质疑。

　　直到整整一百年后，一个叫托马斯.杨的医生做了一个可以进入物理学重要性前五的实验：光的双缝干涉。吹响了波动说反攻的号角。

　　1773年6月，英国一个教徒家庭诞生了一个男孩，取名为托马斯·杨。

　　托马斯·杨

　　托马斯·杨从一出生开始就展现了他的天赋异禀，两岁开始阅读各种经典，6岁学习拉丁文，14岁就用拉丁文写过一篇自传，16岁能够说10种语言。后来还破译了许多神秘的古埃及象形文字，并为埃及学的正式创立做出了突出的贡献，他还会演奏当时几乎所有乐器，如果单单说这段经历，会让人以为他是个文学天才。

　　罗塞塔石碑：解读象形文字的线索

　　但是他其实是文理全才，他中学时读完了牛顿的《自然哲学的数学原理》、拉瓦锡的《化学纲要》以及其他一些科学著作。为他打下了坚实的科学基础。

　　长大后，受到当医生的叔父的影响，去伦敦学医。1794年，他21岁，由于研究了眼睛的调节机理，成为英国皇家学会会员，放到今天相当于21岁成了中科院院士。22岁的他去了德国的哥廷根大学继续学医，一年后就博士毕业了。

　　德国哥廷根大学

　　他在医学上有很多成就，详细研究了心脏和血管的功能，并发表了多篇论文。他还是世界上第一个研究散光的医生，被誉为生理光学的创始人。在研究眼睛构造的过程中，他开始接触光学上的一些基本问题。

　　左为正常视力，右为散光

　　1800年，托马斯.杨正式在伦敦行医，并在行医之余，致力于科学研究。

　　一年后，他做了一个名垂千史的实验，光的双缝干涉实验。这个实验如此经典，以至于我们在中学学习物理的时候，是必学的实验。这个实验有多经典呢？

　　2002年的时候，美国两位学者在全美物理学家中做了一个调查，请他们提名有史以来最出色的十大物理实验。

　　杨氏双缝干涉实验在这十大物理实验里竟然占据了两席，一个是托马斯·杨做的原汁原味的光的双缝干涉实验，排在第五。而另一个是根据托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉试验，排在榜首！因为这个实验在量子力学上有重要意义。

　　1807年，托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面第一次描述了这个实验，距离牛顿发表《光学》一书已经过去了一百多年。

　　实验的手段非常简单：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样从纸上的小孔透出来的就是一个点光源。在这个点光源后面放上一张纸，这张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光，穿过两道狭缝投射到后面的屏幕上，会形成一排很有规律的明暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的干涉条纹。

　　杨氏双缝干涉实验

　　用微粒说是无法解释这个实验，因为没有办法解释为什么两束光叠加起来反而会造成黑暗。

　　但是波动说能够完美解释，这在我们中学物理上有详细的解释。

　　波有波峰和波谷，如果我们让两个波相遇，当两个波的波峰或者波谷正好相遇时会相互加强，形成了亮带，如果两束波的一个波峰和一个波谷相遇时，他们会互相抵消形成了暗带。

　　通过精确的数学计算，可以直接计算出明带和暗带出现的位置，和实验结果丝毫不差。

　　这成为了波动说的大规模杀伤性武器，隐藏于地下的光的波动说，再一次回到了历史舞台，光的第二次波粒战争就此开启。

　　但是微粒说统治了一百多年，它是如此强大，百年来人们对牛顿构建的这个世界基本原理深信不疑，所以杨的论文从一开始就受到了权威们的嘲笑和讽刺。但是随着时间的推移，干涉条纹这个大规模杀伤性武器毕竟证据确凿，几乎无法反驳，最终变成了绕不过去的坎。

　　科学之所以是科学，就在于科学是可以被证伪的，就算你是如牛顿这样的天神般的存在，也会因为科学事实被质疑。微粒说既然挡不住干涉条纹的质疑，就想到了用其他实验去反对波动说，其中最知名的实验就是马吕斯在1809年发现的偏振现象，这一现象当时的波动说没法解释，于是战局进入了僵持，双方都无法说服对方。

　　关键的转折点在十几年后，科学界迎来了另一个著名实验，这个实验被命名为泊松亮斑实验。泊松是一个著名物理学家，但是如果可以选，他一定不愿意看到自己的名字和这个实验绑在一起。

　　泊松

　　1818年，法国科学院提出了一个征文竞赛题目：

　　1：利用精确的实验确定光线的衍射效应

　　2：根据实验，利用数学归纳法推导出光通过物体附近时候的运动情况。

　　法国科学院

　　这个竞赛评委会由许多知名科学家组成，包括拉普拉斯，泊松和比奥等微粒说的拥护者。

　　在法国物理学家阿拉果和安培的鼓励和支持下，波动说阵营的一颗新星菲涅尔向科学院提交了应征论文。

　　在论文里，菲涅尔采用了波动说的观点，用严密的数学推理，极为圆满的解释了光的衍射问题。

　　菲涅尔

　　这篇论文递交到委员会的时候，遭到了委员会里坚持微粒说的科学家的反对。在委员会会议上，科学家泊松指出，根据菲涅尔的理论，用数学计算应该会看到一种奇怪的现象：

　　如果在一束光的传播路径上，放置一块不透明的圆板挡住，在离圆板一定距离的地方，圆板阴影的中央应当出现一个亮斑。

　　这在人们的意识中是一种十分荒缪的事情，用一块板子挡住光线，怎么可能在背面反而会出现一个亮斑？所以泊松认为自己已经驳倒了波动说。

　　泊松

　　在这之前，菲涅尔没有发现过这个亮斑。从数学角度，这需要高深的数学技巧才能计算出来，泊松是当时很厉害的数学家，换了一个人可能还计算不出来这个亮斑。

　　评委会中的另一位科学家阿拉果在关键时刻坚持一定要用实验进行检测。

　　阿拉果

　　菲涅尔和阿拉果一起做了这个实验，实验出现了令人意想不到的结果，这个计算出来的亮斑真的出现了。这个亮斑也因此被称为“泊松亮斑”，泊松本来用来打击波动派的理论，竟然变成了支持波动学说的最有力武器。

　　泊松亮斑

　　这个著名实验，也成为了第二次光的波粒之战的决定性事件，菲涅尔获得了那一届的科学奖。

　　数学和物理的魅力同时出击，让光的微粒说开始节节败退，无力反攻。

　　泊松亮斑

　　但是微粒说有一个堡垒一直存在，那就是光的偏振问题，之前惠更斯认为光是一种纵波，但是这没法解释光的偏振问题。

　　之后菲涅尔又创造性的提出了光是一种横波的理论，解释了光的偏振问题，攻克了战役中一个非常重要的堡垒，从此以后光的波动说开始节节胜利。

　　纵波和横波

　　大决战的日子来临了，那就是光的速度。根据微粒说，光在水中的速度比真空中要快。而波动说一直认为光在水中速度是要比真空中要慢的。但是因为光速实在是太快，之前一直很难测量。

　　1850年，傅科向法国科学院提交了他关于光速测量实验的报告。在准确测量了光在真空中的速度之后 ，他进行了水中光速的测量，发现这个值只有真空中光速的四分之三，这一结果彻底宣判了微粒说的死刑。

　　光在真空中速度为299792458m/s

　　波动说终于在100多年后推翻了微粒王朝！

　　没过多久，另一个领域又传来了更为爆炸性的发现，让“光是一种波”这一结论变的牢不可破。同时又埋下了一个隐患。

　　如果说18世纪是牛顿力学的世纪，让科学得到了长足的发展。

　　那么19世纪就是电磁世纪，人类从开始接触电，用了匪夷所思的速度迅速的发展了电磁学，世界也爆发了第二次工业革命，一个无与伦比的电气时代到来了。

　　电气时代

　　这个电磁王国是由两个人奠定的，这两位科学家在我们之前的文章里都介绍过。他们就是电磁学双子星座——法拉第和麦克斯韦。

　　我们知道，法拉第靠着天才的物理直觉发现了电与磁的关系，缔造了电磁王国的基础。1846年，法拉第发现在磁场之中光的振动面有偏转，这说明光和电磁现象有关。很多科学家也开始发现，光与电磁现象之间有很大的关系，但是需要一个数学天才来给出结论。

　　法拉第

　　到了1864年，麦克斯韦用他高超的数学能力，发展了法拉第的电磁理论，发表了著名论文《电磁场的动力理论》，给出了优美的麦克斯韦方程，同时提出了电磁波的概念。

　　他通过计算，发现电磁波的速度和光速一样，于是提出了“光是一种电磁波”的理论。

　　麦克斯韦

　　当然，这是理论计算，没有人看过电磁波。所以直到麦克斯韦去世，人们还在争论麦克斯韦的理论。

　　当时科学界有两种观点，一种是韦伯的观点，认为电磁力是瞬时传播的，不受时空限制，另一种就是麦克斯韦的理论，认为电磁力是靠电磁波传递，是有速度的。

　　电磁波

　　德国小城卡尔斯鲁厄，奔驰汽车的创始人卡尔·弗里特立奇·本茨就出生在这里。而这座城市，有一个比奔驰还有名的人，他的名字叫赫兹。赫兹现在是物理学上频率的单位，这个单位在电气时代到处出现，比如我们电脑的刷新率，用的就是赫兹为单位。

　　海因里希·鲁道夫·赫兹

　　1887年，刚刚结婚的赫兹，在实验室里专心致志的做着一个实验，这个实验将让他闻名于世，并且永远的被记录在人类历史中。

　　赫兹设计了一个电磁发生器，会产生电火花。根据麦克斯韦的理论，这个火花会产生电磁波。他又设计了一个接收器，如果电磁波传过来，那么接收器会产生火花。

　　赫兹的工作就是观察这个火花，这一看就是近两年的时间。

　　1888年的一天，赫兹看到了理论中的那个小火花。

　　终于，人类第一次在实验室，检测到了电磁波。

　　赫兹检测电磁波实验装置

　　同时，这也证明了麦克斯韦理论的正确性，那个优美的方程组开始在物理学史上绽放光芒，影响后世直到今天。

　　经典物理大厦的另一座丰碑建立起来了，这个由法拉第打下地基，麦克斯韦建造主体，最终由赫兹封顶的丰碑，影响如此深远。

　　在赫兹宣布发现电磁波六年后，马可尼发出了第一封无线电报，从无线电报到如今我们用的手机通讯，全部都依赖电磁波的应用。

　　如果没有电磁波，我们这个世界很难如此便利的远距离通讯，地球也不会真正成为一个地球村。

　　互联互通的地球村

　　赫兹通过实验数据，经过数学处理，得出了电磁波的速度。与麦克斯韦的预言惊人的一致，电磁波的速度与光速相等。

　　原来光并不神秘，它就是一种电磁波。只不过，光刚好落在我们可以看到的频率，能够被人类的眼睛观察到。而其他的电磁波，人类看不到。

　　其后，人们通过各种实验，进一步验证了电磁波和光一样拥有反射，衍射，干涉等特性，这些实验进一步证实了电磁波和光的一致性。

　　随后，从微波到X射线，从紫外线到红外线，从伽马射线到无线电波，整个电磁大厦变的金碧辉煌。而之前的主角，光，也只是电磁帝国下面的一个小小分支。

　　电磁波家族

　　至此，光是一种波的结论已经变的牢不可破。

　　只不过，有一个小小的阴影，隐藏在黑暗中。在电磁波实验中，赫兹发现了一个奇怪的现象，在后世被称为光电效应。当然那会还不叫这个名字，因为人们还没有发现电子，赫兹忠实的记录了这个现象。

　　但是他已经没有时间去研究了。宣布发现电磁波五年之后，赫兹因为败血症英年早逝。

　　谁也没想到这个小小的阴影将带来下一个世纪物理学革命的到来，赫兹为经典电磁理论封顶，同时又埋下了推翻这座丰碑的种子。

　　光电效应

　　赫兹在做电磁波实验的时候，发现了一个奇怪的现象。

　　为了能更清楚的看到电火花，他把这个实验放在完全黑暗的盒子里，此时却发现电火花的能够传递的距离缩小了，必须让两个小球之间的距离变的更短才能接收到电火花。如果有光照的话，反而接收器更容易接收到电火花。

　　赫兹对这个现象百思不得其解，写下了一篇论文《论紫外光在放电中产生的效应》，赫兹发现如果有紫外线照射实验设备，会让实验效果更好。

　　在当时，这个论文没有引起太多的关注，因为电磁波是个更激动人心的发现，因为电磁波的发现，出现了一系列重大发明，里面蕴含着巨大商机。

　　就连赫兹自己都不知道，他已经触摸到了量子物理的潘多拉魔盒。

　　当然，还是有一些潜心研究的物理学家，对这个现象产生了兴趣，做了一系列实验。

　　人们发现只要紫外线照射金属表面，金属表面就会带正电，好像负电飞走了一样，当时还没有发现电子，只能说是负电失去了。不同的金属效果也不一样，钾钠镁铝这类活泼金属更容易失去负电。

　　1897年，汤姆逊在研究了阴极射线后发现了电子，人类开始使用电子的概念，来描述之前的负电。

　　上面的实验也有了进一步发展，人们终于搞清楚，当紫外线照射金属表面时，会让金属里的电子不知道出于什么原因，逃出金属表面，因为光和电这种奇妙联系，人们给这个实验取了一个名字“光电效应”。

　　随着实验越做越多，人们的困扰也越来越多。光能否从金属表面把电子打击出来，只跟光的频率有关系。如果频率不够高，照一年也照不出电子。而且这跟光的强弱无关，最弱的紫外线也能打击出电子，再强的红外线也做不到这一点。

　　没人知道，这是什么原因。

　　我们暂时抛开这个问题，去迎接20世纪的到来，一个崭新的时代开启了。

　　19世纪刚过，一个不算年轻的科学家走上历史舞台，他的名字叫普朗克。1900年，普朗克在研究物体热辐射的时候发现，只有假定电磁波的吸收和发射不是连续的，而是一份一份的，计算的结果才能与实验结果相符。

　　1900年12月14日，人们正在准备欢度圣诞节。这一天，普朗克抛出了他那篇名垂青史的《黑体光谱中的能量分布》一文，提出了能量子的概念，后来被改名为量子，这一天后来被认为是量子物理的诞生日。

　　普朗克

　　这个量子是能量的最小单位，能量的传递不是连续的，在细分到一定程度之后，不能再分割。所有的能量都是以这个量子为基本单位的整数倍，我们可以传递1个量子，一千个量子，但是不能传递半个量子也不可以传递999个半量子。

　　量子概念的提出，是开天辟地的，因为这颠覆了人类的认知。物理学发展到这会，人们有一个从来没有怀疑过的概念，那就是我们的世界是连续的。这是自牛顿创世以来几百年，物理学中被认为坚不可摧想都不用去想的一个概念。

　　但是普朗克提出的概念，说的是我们这个世界不是连续的，是一份一份的。

　　如同一颗惊天炸雷响彻世间，量子物理的潘多拉魔盒被打开了。

　　当然，推翻经典物理的基石没有这么容易。就是普朗克自己都不愿意对这个问题做深思，只是把这个作为数学上为了方便计算引入的一个概念。他被这个离经叛道的概念深深困扰，以至于他自己都在不断强调，这只是一个概念，不要想太多。

　　在普朗克发表他这篇论文的同一年，一个青年人大学毕业了，他正在为生计发愁，因为他找不到工作。待业了将近一年后，在一个朋友的帮助下，他找到了一份专利局的技术员的工作。在专利局期间他用大把大把的时间思考最前沿的物理问题。几年后，这个专利局的技术员震惊了世界，他的名字直到一百年后的现在，变的家喻户晓，这个名字叫爱因斯坦。

　　年轻时候的爱因斯坦

　　1905年，这一年在物理学史上有个专门名称——“爱因斯坦奇迹年”。整个物理学史上也许只有牛顿在乡下躲避瘟疫的那一年可以媲美。

　　这一年爱因斯坦发表了五篇论文，还有一篇是下一年年初发表，如果不严格定义，那就是六篇论文。每一篇都是惊世之作，都能够去角逐诺贝尔奖。

　　其中一篇叫做《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，这篇论文中，爱因斯坦从普朗克的量子假设出发，解释了光是一群离散的量子，而不是连续性的波，每一个量子拥有的能量等于频率和普朗克常量的乘积。

　　只有当单个光量子达到一定的能量级别才能够让金属表面的电子逃逸，造成光电效应。如果单个光量子达不到这个能量级别，照射再多也没有用，完美的解释了光电效应的问题。

　　当然，理论的提出并不会让人就立即接受。

　　就像麦克斯韦预言了电磁波，直到赫兹找到电磁波才能让世人接受。

　　过了十年多，美国科学家密立根发表了一个实验结果，证明了爱因斯坦对光电效应的解释，并重新测量了普朗克常数。这之后，到了1921年，爱因斯坦因为光电效应获得了诺贝尔奖。

　　光是一种电磁波这个结论变得不可动摇的时候，光量子的提出，又让大战一触即发，光如果是一种波，那么光量子算什么？

　　光到底是波还是粒子？这个问题已经变的纠缠不清了，波动派有强大的理论和实验支持，微粒派也有强大的理论和实验支持。双方决定握手言和，得出了最终的结论，光具有波粒二象性，既是波又是粒子。

　　不止是光具有这个特性，之后掀起滔天巨浪的量子物理里，所有微观的粒子都具有波粒二象性。至此，光学之争，也算基本结束了。

　　而人类踏入了新的理论领域，量子物理席卷了整个物理学，这里是一个跟我们常识完全不同的领域。

　　

　　我们在经典物理中学到的很多东西，在量子物理领域都是不成立的，未来合适的机会，我们会一起了解这块神秘的领域。

　　这几百年的光之战争，几乎物理学的每一个大神都牵扯了进来，他们用自己的智慧和执着，去孜孜不倦的探索这个世界的本源，推动了整个社会不断的进步。

　　到如今依旧有很多未解之谜，但是人类不会停止探索。

　　也许未来有一天，听我们说这段历史的你也会变成那颗闪闪发光的巨星。

　　光是电子，是能量。

　　光没有体积，没有质量，是金属态氢离子的“磁力矩”切割地球磁力线释放的电子。

　　简单通俗理解:光子是粒子，光子的行走（运动）路线是波状的。

　　波也是能量微微子。

　　光究竟是什么，被三番五次追究，说明教科书没有解释透彻，就有必要深入探讨。

　　显然：光有波粒二象性是不负责任的说辞。光无需介质传播，是否定场介质的谬论。

　　波粒二象性，特指一种粒子波、物质波或概率波，如α射线(氦离子波)，β射线(电子束)。

　　介质，特指真空场，简称介质、场，涉及不同能密梯度的电场、磁场、引力场。

　　物理学的波，可分三大类：载体波、物质波、介质波。

　　载体波，是载体粒子的传播能量的接续性的涌动，也叫机械波。例如：水波、风波、钢轨波、地震波、声波。

　　水分子，是水波的载体粒子。气体分子，是风波的载体粒子。原子晶胞，是钢轨波的载体粒子。分子晶胞，是地震波的载体粒子。声子，震荡频率在20~2万Hz，是声波的载体粒子。

　　物质波，是非载体粒子的独自旅行的断续性的涌动，也叫德布鲁伊波、概率波，用波函数与薛定谔方程描述，反映粒子的不同震荡频率的正态分布。

　　例如：电子线，或电子束、电子注、β射线，电子是非载体粒子。质子线，或质子波，质子是非载体粒子。α粒子线，氦原子核是非载体粒子。原子波，原子是非载体粒子。分子波，分子是非载体粒子。

　　介质波，是由真空介质传播能量的场量子(集团)的接续推涌。介质波包括：引力波、电磁波、生物电波（如脑电波）。

　　场量子，即真空场的量子，是物质的最小单元。场量子有以下的七个公设。

　　公设1：场量子是以光速自旋的球形漩涡体。场量子有质量，有能量，有半径，有体积。场量子的自旋势能：Ep=mc2。

　　公设2：场量子总是在做最无序的光速震荡。场量子震荡动能：Ek=?m0c2=3×?kT0。

　　公式3：场量子是各种力与各种能量的载体。承载引力辐射能的场量子是引力子，承载电磁辐射能或者机械震荡能的场量子集团是光量子。

　　公设4：被激发的场量子是引力子或光量子。波源谐振子发射的角动量激发场量子，混乱无序的场量子，变成径向有序的引力子或光量子。

　　公式5：场量子的计算规则

　　考虑到激光制冷可达1nK几乎是绝对零度，与此同时的场介质也是1nK。由此假设宇宙最低能态的场量子，即基态场量子，的若干参数。基态用右下标“0”为标识。

　　设基态场量子的绝对温标：T0=1e-9K，基态场量子质量：m0=3kT0/c2=3×1.38e-23×1e-9/c2=4.6e-49kg。

　　基态场量子，处于最无序混沌态，没有类似介质粒子有序推涌的波特性，是纯粹的场。

　　基态场参数的两个意义：①参与构建统一物理学的参数集，②估算天系超远混沌态尺度。

　　公设6：引力子的计算规则

　　引力子参量，以右上角标撇号“”为标识，以区别光量子参量的无标识。

　　①1个激发态场量子，相当于1个引力子m。

　　②引力子推涌速度，恒为光速：v=c。

　　③引力子固有质量，恒为：m=1.26e-39kg。

　　④引力子波长，取决于谐振子线频率：c=fλ。

　　⑤引力子半径，取决于其波长：r=λ/2π。

　　宇宙微波背景的绝对温标：T=2.725K，计算引力子固有质量：m=3kT/c2=1.26e-39kg。

　　微波背景的引力子波长：λ=7.35cm，频率：f=c/λ=4e9Hz。半径：r=λ/2π=1.17cm。此时的引力子体积：V=4.2r3=6.7cm3。

　　20221016由LIGO公布双子合并前引力波频率f=50Hz，引力子波长：λ=c/f=6e6m，引力子半径：r=λ/2π=9.6e5m≈1000km。

　　公设7：光量子的计算规则

　　①6.38亿个引力子，相当于1个光量子。

　　通常情况下，即在粒子不很遥远的外空间，场介质以引力子与光量子方式充满空间。

　　高温高压时，引力子汇聚成引力子集团，即光量子。超低温低压时，光量子分解为引力子。接近绝对零度，引力子衰变为基态场量子。

　　②光量子的推涌速度，恒为光速：v=c。

　　光量子与引力子的速度不变与不可超越，取决于麦克斯韦方程组衍生公式：c=1/√ε0μ0。

　　③光量子的固有质量，恒为：γ=9.11e-31kg。

　　正负电子湮灭为正负光子：±e?±γ。这是费米子突变为玻色子的哲学方程。电子自旋势能与光子自旋势能：Eep≡Eγp=0.511MeV/c2。

　　光量子是一个球形漩涡体，频率越高，波长越短，半径越小。反之亦然。

　　④光量子波长，取决于谐振子线频率：c=fλ。

　　⑤光量子半径，取决于光量子波长：r=λ/2π。

　　我们一起来分析空气中声波的传播机制。假设有一个汽车发动机在持续旋转震荡，可作为一个简谐震荡的谐振子。

　　通常解释：该谐振子不断辐射角动量（或动能），激发附近空气分子，原有无序震荡的空气分子因为承载了声能，变成有序推涌的声子，其逻辑链：谐振子→激发分子→声子→激发分子→声子→..→震荡耳膜。

　　深入分析：空气分子之间的距离很大，激发空气分子的依次推涌，不可能是分子之间的直接裸碰撞的推涌，或不可能是核外电子之间的直接裸碰撞的推涌。

　　那么请问：究竟是什么在传递谐振子辐射的角动量呢？用排除法：除了空气分子或原子，只能是场介质，否则就会不可思议。

　　真实机制：谐振子发射角动量，激发场量子变成光量子→激发场量子→......→激发空气分子→激发场量子→激发场量子→...→激发空气分子→......→激发场量子→震荡耳膜。

　　虽然其中的电磁波速度极快，但空气分子的震荡速度很低，是制约声波的瓶颈速度。因此，我们似乎看不到电磁波在机械波的核心作用。

　　光量子*引力子*场量子的三子关联，是解释光的突破口，是大统一物理的基础设施，纯数学演绎的光量子没有出路，只能恶性循环。

　　物理新视野，旨在建设性新思维，共同切磋物理/逻辑/双语的疑难问题。

　　有时候一个问题没法回答，是因为问题本身是错误的。比如这个问题。

　　我们说光有波粒二象性，是因为它有粒子的属性：能量是一份一份的，不是连续的；它还有波的属性：有周期性，能看见干涉衍射的条纹。

　　纠结它是粒子特点的波，还是波特点的粒子，不是科学的思维方式。物理学只能分辨能用实验和测量区分的东西，你这两条怎么定义，怎么用实验区分呢？量子的概念是不能用生活常识套用的。光不完全是你生活中认识的粒子，也不完全是你生活中认识的波。

　　再多说两句：频率越高的光，比如伽马光子，它的粒子特性就越容易显现出来。因为单个粒子的能量高。频率越低，比如无线电波，它的波动性就越重要。而可见光这个频段，恰恰波动性和粒子性都能观测到，都很重要。

　　可见光的确切性质是一个困扰人类几个世纪的谜。古希腊科学家假设每个可见的物体都会发出稳定的粒子流，而亚里士多德则认为光的传播方式类似于海洋中的波浪。尽管在过去的20个世纪里，这些思想经历了无数次的修改和显著程度的进化，希腊哲学家们所建立的争论的实质至今仍然存在。

　　一种观点认为光在本质上是波浪形的，产生的能量穿过空间，其方式类似于被落下的岩石扰动后在静止池塘表面扩散的波纹。相反的观点认为，光是由稳定的粒子流组成的，很像从花园软管喷嘴喷出的微小水滴。在过去的几个世纪里，舆论的共识动摇了一段时间，一种观点占主导地位，但却被另一种观点的证据推翻了。只有在20世纪的头几十年里，收集到了足够的令人信服的证据来提供一个全面的答案，令每个人惊讶的是，这两种理论都证明是正确的，至少部分是正确的。

　　在十八世纪早期，关于光的性质的争论已经把科学界变成了分裂的阵营，激烈地为他们最喜欢的理论的正确性而斗争。一组支持波动理论的科学家把他们的论点集中在荷兰人克里斯蒂安·惠更斯的发现上。相反的阵营引用艾萨克·牛顿爵士的棱镜实验来证明光是以粒子簇的形式传播的，每个粒子沿着直线前进，直到被折射、吸收、反射、衍射或以其他方式被扰乱。

　　尽管牛顿本人似乎对他的观点有些怀疑，他在科学界的声望举足轻重，以至于他的拥护者在激烈的战斗中忽略了所有其他证据。惠更斯的光折射理论基于光的波状性质的概念，认为任何物质中的光速与其折射率成反比。换句话说，惠更斯假设光被一种物质“弯曲”或折射得越多，穿过该物质的速度就越慢。他的追随者得出结论，如果光是由粒子流组成的，那么会出现相反的效果，因为进入密度更大的介质的光会被介质中的分子吸引，并经历速度的增加而不是降低。尽管这个论点的完美解决方案是测量不同物质中的光速，例如空气和玻璃，但那个时期的设备并不能胜任这项任务。光似乎以同样的速度移动，不管它通过的是什么材料。150多年过去了，光速才能够以足够高的精度被测量，以证明惠更斯理论是正确的。

　　粒子和波折射

　　当光束在具有不同折射率的两种介质之间传播时，光束经历折射，并在从第一介质进入第二介质时改变方向。

　　当光线通过一个窄缝时，光束会扩散开来，变得比预期的要宽。这一极其重要的观察为光波理论提供了相当大的可信度。就像水中的波浪一样，遇到物体边缘的光波似乎会绕着边缘弯曲并进入其几何阴影中，这是一个没有被光束直接照射的区域。这种行为类似于缠绕在木筏末端的水波，而不是反射出去。

　　在牛顿和惠更斯提出他们的理论将近一百年后，一位名叫托马斯·杨的英国物理学家进行了一项强烈支持光的波状性质的实验。因为他相信光是由波组成的，杨推断当两个光波相遇时会发生某种类型的相互作用。为了验证这一假设，他使用了一个包含一个窄缝的屏幕，从普通的阳光中产生相干光束(包含同相传播的波)。当太阳光遇到狭缝时，它们会散开或者衍射以产生单一波前。来自每个狭缝的光传播到两个狭缝中间的一个点应该完全同步到达。产生的波应该相互加强，产生更大的波。然而，如果考虑中心点两侧的一个点，那么来自一个狭缝的光必须传播得更远才能到达中心点相对侧的第二个点。离第二个点较近的狭缝发出的光会比远处狭缝发出的光来得早，所以这两个波会不同步，并可能互相抵消而产生黑暗。

　　到了19世纪中叶，科学家们越来越相信光的波浪形特征，但仍然存在一个问题。光到底是什么？英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发现所有形式的电磁辐射都代表一个连续的光谱，并以同样的速度在真空中传播，即每秒186，000英里，这是一个突破。麦克斯韦的发现有效地钉上了粒子理论的棺材，到了20世纪初，光和光学理论的基本问题似乎终于得到了回答。 十九世纪八十年代后期，科学家首次发现，在某些条件下，光可以从几种金属的原子中驱逐电子，这是对波动理论的一个重大打击(图8)。虽然起初只是一种奇怪且无法解释的现象，但人们很快发现紫外光可以释放多种金属中的电子原子，从而产生正电荷。德国物理学家菲利普·勒纳德开始对这些观察感兴趣，他称之为光效应。伦纳德使用棱镜将白光分成不同的颜色，然后有选择地将每种颜色聚焦到金属板上，以排出电子。 莱纳德发现的事情令他困惑和惊讶。对于特定波长的光(例如蓝色)，电子产生恒定的电势或固定的能量。减少或增加光量会相应地增加或减少释放的电子数量，但每个电子仍然保持相同的能量。换句话说，逃离原子键的电子的能量取决于光的波长，而不是强度。这与波动理论的预期相反。伦纳德还发现了波长和能量之间的联系以下内容:波长越短，产生的电子能量越大。 光和原子之间联系的基础是在19世纪初铸造的，当时威廉姆·海德·沃拉斯顿发现太阳光谱不是一个连续的光带，而是包含数百个丢失的波长。德国物理学家约瑟夫·冯·夫琅和费绘制了500多条对应于缺失波长的细线，他将字母分配给最大的间隙。后来，人们发现这些间隙是由太阳外层的原子吸收特定波长产生的。这些观察是原子和光之间的最初联系，尽管当时还不了解其基本影响。

　　1905年，阿尔伯特·爱因斯坦假设光实际上可能有一些粒子特征，尽管有压倒性的证据证明光是波浪形的。在发展量子理论的过程中，爱因斯坦从数学上提出，附着在金属原子上的电子可以吸收特定量的光量子，但后来改成了光子)并因此有能量逃脱。他还推测，如果光子的能量与波长成反比，那么更短的波长会产生能量更高的电子，这一假设事实上来自勒纳德的研究结果。 美国物理学家阿瑟·H·康普顿在20世纪20年代的实验巩固了爱因斯坦的理论，他证明光子具有动量，这是支持物质和能量可以互换的理论的必要条件。大约在同一时间，法国科学家路易-维克托·德布罗意提出，所有物质和辐射都具有类似粒子和波的性质。德布罗意在马克斯·普朗克的领导下，推出了爱因斯坦著名的质量和能量公式，包括普朗克常数:

　　E = mc2= hν

　　E是粒子的能量，m质量，c光速，h普朗克常数，而且ν是频率。德布罗意的工作将波的频率与粒子的能量和质量联系起来，是发展一个新领域的基础，这个新领域最终将被用来解释光的类波和类粒子性质。量子力学诞生于爱因斯坦、普朗克、德布罗意、奈尔斯玻尔、埃尔温·薛定谔和其他试图解释电磁辐射如何显示现在被称为二元性、或类粒子和类波行为。光有时表现为粒子，有时表现为波。光行为的这种互补或双重作用可以用来描述实验观察到的所有已知特性，从折射、反射、干涉和衍射到偏振光和光电效应的结果。光的属性结合在一起，使我们能够观察宇宙的美丽。

　　光的波粒二象性哦，所以说光是波和粒子似乎都没错