上個(gè)視頻，我們說了愛因斯坦在1905年提出了光量子假設(shè)，順便解釋了19世紀(jì)末遺留下來的光電效應(yīng)問題。

即使是美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密里根對(duì)光電效應(yīng)驗(yàn)證了10年，發(fā)現(xiàn)愛因斯坦給出的光電效應(yīng)公式完全正確。

可依然沒有人相信量子化是能量的本質(zhì)，頂多認(rèn)為，能量只是在與物質(zhì)相互作用的時(shí)候才會(huì)表現(xiàn)出量子化的形式。

那問題是，為什么所有的人都固執(zhí)地認(rèn)為光的本質(zhì)是波動(dòng)，而無法接受光是量子。這就是我們今天的主題：人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)。

從古希臘開始，人們就覺得光是一種微小的粒子流，沒啥特殊的原因，就覺得粒子這東西比較熟悉，也就理所當(dāng)然地認(rèn)為光是粒子。

在17世紀(jì)之前，這種觀點(diǎn)沒有發(fā)生任何變化，對(duì)光的認(rèn)識(shí)基本上也沒啥進(jìn)展，到17世紀(jì)初這種情況發(fā)生了改變，第一個(gè)提出不同意見的人是意大利的數(shù)學(xué)家格里馬第，他發(fā)現(xiàn)把一個(gè)物體放在陽光下，形成的陰影邊緣是模糊的；

這讓格里瑪?shù)谙肫鹆怂梢岳@過障礙物，跑到障礙物的后面，如果把光也看成一種波，那么一部分光就會(huì)跑到物體的陰影部分，造成陰影的邊緣不是明暗對(duì)立的分界面。

他順便給這種現(xiàn)象起了一個(gè)名字叫衍射，或者繞射。從此以后光除了微粒說，就有了波動(dòng)說。

英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的胡克繼承了格里馬第的思想，在1665年出版了《顯微術(shù)》，明確的支持波動(dòng)說，并且描述了光在肥皂泡上映射出來的色彩。

其實(shí)這個(gè)時(shí)候，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了波動(dòng)最強(qiáng)有力的證據(jù)，就是衍射，不出意外的話，這時(shí)候光的波動(dòng)說，已經(jīng)可以拍板了，畢竟粒子無法解釋繞射。

但是上帝可能覺得，這時(shí)候讓人類知道光是波動(dòng)有點(diǎn)不符合劇本，就想著，讓誰進(jìn)去攪個(gè)局。這時(shí)，半路就殺出了個(gè)牛頓。

1666年的牛頓剛從三一學(xué)院畢業(yè)沒多久，正在家里躲避瘟疫，牛頓大部分時(shí)間都是在燒爐子，搞煉金術(shù)，累了就玩一玩光學(xué)實(shí)驗(yàn)，這兩件事是牛頓最大的愛好。

當(dāng)時(shí)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)無非就是拿個(gè)透鏡，這看一看，那照一照，就這樣牛頓發(fā)現(xiàn)了光的色散；1668年牛頓還發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡，相比于以前的折射式望遠(yuǎn)鏡，反射式望遠(yuǎn)鏡的重量更輕沒有色差。

憑借這項(xiàng)發(fā)明1672年，牛頓就入選了皇家學(xué)會(huì)，他給皇家學(xué)會(huì)提交的第一篇論文就是他這些年對(duì)光學(xué)的研究，文章中總結(jié)了色散理論，并且提出光是不同顏色微粒的混合體。

其實(shí)牛頓心里也清楚格里馬第的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于光是波還是粒子，牛頓在寫這篇文章的時(shí)候，也是左右搖擺，雖然他選擇了微粒，但心里也吃不準(zhǔn)。不巧的是，發(fā)生了一件事，讓牛頓覺得他這輩子都要堅(jiān)持微粒說，哪怕各種找補(bǔ)也不能放棄。

牛頓初來乍到，但胡克已經(jīng)是皇家學(xué)會(huì)，在光學(xué)上的權(quán)威，胡克對(duì)牛頓的文章提出了強(qiáng)烈的批評(píng)，說牛頓盜用他1665年的思想，而且說微粒一無是處。

想必胡克當(dāng)時(shí)也就是詐唬一下這個(gè)年輕人 ，但令胡克怎么也想不到的是，他這次真的是摸到了老虎的屁股，牛頓是出了名的小心眼，驕傲，自大，自我崇拜，缺點(diǎn)不少，但是這架不住人家有才華呀。

從此以后胡克就成為了牛頓的眼中釘，你胡克說光是波，好，我就認(rèn)為光是粒子，就這樣牛頓就成為了粒子說堅(jiān)實(shí)的擁護(hù)者。

一方面牛頓的影響力日益壯大，另一方面胡克也活不過牛頓于1703年去世，第二年牛頓就發(fā)表了他的巨著《光學(xué)》，用粒子解釋了光的折射、反射，甚至連衍射現(xiàn)象都被牛頓神奇的用力學(xué)定律給找補(bǔ)回來了。

甚至牛頓還解釋了這樣一個(gè)難題，既然光是粒子，為什么打到玻璃的時(shí)候，一些粒子就穿透了玻璃，一些卻被反射了回來？

這個(gè)問題你不學(xué)量子力學(xué)都無法解釋，而牛頓當(dāng)時(shí)就看似完美地給出了答案，要不說人家牛呢。

牛頓說，光粒子在以太中傳播的時(shí)候，就會(huì)造成以太的擾動(dòng)形成以太波，光粒子乘坐以太波飛行，這個(gè)以太波時(shí)而被發(fā)射，時(shí)而透射，那光粒子也跟著以太波被反射和透射。

這個(gè)說法比較神奇，說它是波粒二象性一點(diǎn)也搭不上邊，倒是更有點(diǎn)像德布羅意的導(dǎo)波理論。這個(gè)理論，我們后面的視頻會(huì)加以解釋。

這么神奇的牛頓，胡克肯定不是對(duì)手，在這期間還出現(xiàn)了另外一個(gè)波動(dòng)方面的支持者，他是荷蘭物理學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯；

1690年惠更斯出了一本《光論》，他用波動(dòng)也完美地解釋了折射和反射現(xiàn)象，認(rèn)為衍射用波解釋起來更加的合理；

而且他還指出，如果光真的是牛頓所說的微粒，為什么我們看不到兩條光交叉的時(shí)候，發(fā)生碰撞呢？

同樣惠更斯也阻擋不了牛頓《光學(xué)》的出版，因?yàn)榛莞褂?695年就去世了，此后牛頓又活了32年，支持波動(dòng)方面的人基本上都沒活過牛頓。

不過這只是一方面，此時(shí)的牛頓已經(jīng)成為了經(jīng)典物理學(xué)教皇，牛頓的話都會(huì)被奉為真理，不管是誰反對(duì)牛頓，活得再長(zhǎng)也不管用。

至此牛頓對(duì)光的解釋就統(tǒng)治了整個(gè)18世紀(jì)。牛頓、胡克、惠更斯之間關(guān)于光本質(zhì)的爭(zhēng)論，史稱第一次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)，以微粒獲勝而告終。

很明顯“微?！钡墨@勝，算不上是一次全面的勝利，并沒有讓所有人都心悅臣服，更多的是牛頓的光環(huán)在發(fā)揮作用。

牛頓雖然去世了，但整個(gè)18世紀(jì)，牛頓所建立的經(jīng)典力學(xué)大廈，依然金碧輝煌，牛頓的光環(huán)，依然，毫不褪色，不過這不影響革命者的出現(xiàn)。

1801年，新世紀(jì)剛剛開始，英國(guó)一位眼科醫(yī)生對(duì)光學(xué)非常感興趣，他就是著名的托馬斯·楊，在學(xué)習(xí)了上世紀(jì)的光學(xué)著作后，他同樣也覺得，為什么牛頓非要繞來繞去，用力學(xué)去解釋光的衍射現(xiàn)象。直接用波動(dòng)解釋看起來更自然一些。

同年他就提出了干涉思想，如果光真的是波，那么一束光在通過兩條狹縫的時(shí)候，會(huì)在屏幕上留下明暗相間的干涉條紋，如果光是粒子，那么在屏幕上就只有兩道明亮的條紋。

這就是著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)非常的簡(jiǎn)潔、優(yōu)美，自己在家里點(diǎn)個(gè)蠟燭就可以完成。

楊在發(fā)表了自己的觀點(diǎn)以后，由于挑戰(zhàn)了牛頓的權(quán)威，受到了白紙黑字惡毒的攻擊，當(dāng)然這些謾罵的人都不是正兒八經(jīng)的科學(xué)家，科學(xué)家還是比較有素養(yǎng)的，最多在背地里嘲笑和諷刺一下；

而民間的學(xué)者就不管不顧了，寫信開罵，啥難聽說啥。楊深知自己犯了眾怒，就連忙寫了一份小冊(cè)子，印刷出版，

上面多半的文字，表達(dá)了牛頓怎么怎么好，自己多么崇拜牛頓，但牛頓也可能會(huì)犯錯(cuò)誤，他的權(quán)威也許會(huì)對(duì)科學(xué)的進(jìn)步造成阻礙。

結(jié)果，小冊(cè)子只賣出了一份。

雖然楊的實(shí)驗(yàn)并沒有徹底否定微粒說，但卻引發(fā)了第二次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)。這次戰(zhàn)爭(zhēng)的主場(chǎng)并非在英國(guó)，而在法國(guó)，這也可以理解，英國(guó)人誰敢說牛頓不對(duì)，那就等著挨噴吧，在法國(guó)就不一樣了，畢竟牛頓錯(cuò)了，法國(guó)人又不丟面。

而且19世紀(jì)的世界科學(xué)中心，正在從英國(guó)往法國(guó)轉(zhuǎn)移。

1819年法國(guó)的科學(xué)院就提出了一個(gè)懸賞征文競(jìng)賽，競(jìng)賽的內(nèi)容是：用精密的實(shí)驗(yàn)確定光的衍射現(xiàn)象，以及用數(shù)學(xué)推倒出光經(jīng)過物體時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況。

一位名不見經(jīng)傳的法國(guó)工程師菲涅爾就向科學(xué)院提交了一篇論文，其中涉及了一個(gè)非常精妙的實(shí)驗(yàn)：圓盤衍射，還附有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)分析來解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

科學(xué)院的泊松，支持微粒說，在看了菲涅爾的論文以后認(rèn)為：如果菲涅爾的結(jié)論正確的話，那么一束光在經(jīng)過一個(gè)大小合適的圓盤以后，會(huì)在圓盤陰影的中心看到一個(gè)亮斑，而且會(huì)在圓形陰影的外圍形成寬度越來越小的亮環(huán)。

在泊松看來，周圍的亮環(huán)尚且能接受，但是在圓盤陰影的中心出現(xiàn)亮斑絕對(duì)不可能。是騾子是馬拉出來遛一遛，一看便知，評(píng)審委員會(huì)就安排了上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果與菲涅爾計(jì)算的完全吻合。

這個(gè)圓盤衍射的亮斑也不知道為啥，以后就被稱為了“泊松亮斑”，而不是“菲涅爾亮斑”。但是這并不影響菲涅爾跨行成為繼牛頓、惠更斯之后，第三位光學(xué)界的傳奇人物。

菲涅爾之此后還提出光不是惠更斯認(rèn)為的縱波，而是橫波，類似于水波，振子上下震動(dòng)，橫波就解釋了1809年人們發(fā)現(xiàn)的光的偏振現(xiàn)象，偏振說的是，光除了可以上下振，還可以躺著振，也可以有一個(gè)角度這樣來回振。

到這微粒就宣告破產(chǎn)了嗎？還沒有，微粒和波動(dòng)還有一個(gè)存在分歧的理論預(yù)測(cè)，微粒認(rèn)為光在密度大的介質(zhì)，比如在水中傳播的速度比空氣中要快，而波動(dòng)的預(yù)測(cè)則相反。

1850年法國(guó)人傅科測(cè)量了水中的光速，只有空氣中的3/4。從這以后微粒才徹底破產(chǎn)，人們才相信，原來牛頓也會(huì)犯錯(cuò)誤，這簡(jiǎn)直不可思議。

在往后的科學(xué)界中，只要科學(xué)家想表達(dá)自己的觀點(diǎn)受到了權(quán)威的壓制，就會(huì)拿牛頓舉例子，說牛頓權(quán)威當(dāng)年怎樣壓制托馬斯·楊，阻礙科學(xué)發(fā)展，以表示自己的憤怒。

那么接下來人們的困惑就是，光既然是一種波動(dòng)，那么它都有哪些性質(zhì)？這個(gè)問題也很快有了答案。

1856年麥克斯韋統(tǒng)一了電磁學(xué)，順便也統(tǒng)一了光學(xué)，光就是電磁波的一種，這個(gè)我們之前的視頻有提到過，這里就不多說了。

第二次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)至此結(jié)束，相比于第一次的波粒戰(zhàn)爭(zhēng)，第二次波動(dòng)的勝利可以說是完勝，所有的人都心悅誠(chéng)服；

不過，事情還遠(yuǎn)沒有結(jié)束，人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)還只是皮毛而已，以后還有很長(zhǎng)的路要走。

1887年赫茲剛證明了電磁波的存在，到1905年，也就短短的十幾年，愛因斯坦又說光是量子化的，這再次讓人想起了以前的微粒，想起了牛頓權(quán)威的鐵腕統(tǒng)治。

這難免讓人反感和排斥，所以說愛因斯坦在提出光量子以后，直到1922年他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的時(shí)候，人們都在盡量地回避光量子。

難道愛因斯坦就不知道光的干涉和衍射嗎？這些現(xiàn)象只有波動(dòng)可以解釋呀，難道愛因斯坦在提出光量子的時(shí)候，以及往后的日子里都放棄了波動(dòng)嗎？

其實(shí)并沒有，愛因斯坦也知道需要波動(dòng)來解釋一些波的現(xiàn)象，但是他也堅(jiān)信光是量子化的，這一點(diǎn)可以在1909年9月份，他在德國(guó)自然科學(xué)協(xié)會(huì)上的一次演講中看出來，愛因斯坦一直在思考，波和粒子之間的關(guān)系。

他演講的題目是：就輻射的構(gòu)成和性質(zhì)，論我們觀點(diǎn)的發(fā)展過程，他認(rèn)為：未來的物理學(xué)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)全新的、關(guān)于光的理論，波動(dòng)和粒子這兩個(gè)部分不可或缺，然后說了一大堆。

普朗克第一個(gè)站起了反對(duì)愛因斯坦。

雖然沒人接受，但愛因斯坦的話可能是關(guān)于波粒二象性最早的預(yù)言了，也可以說是波爾互補(bǔ)原理的雛形。我之前也說過，愛因斯坦最大的優(yōu)點(diǎn)就是，他的物理直覺，無人能及。

他也是第一個(gè)將概率解釋引入量子論的人，那已經(jīng)是1916年的事了，此概率解釋非波恩對(duì)波函數(shù)的概率解釋，請(qǐng)不要急著噴我，這個(gè)問題我們后面會(huì)提到。

不過此時(shí)的愛因斯坦已經(jīng)將研究重心放在了如何讓牛頓的引力方程符合洛倫茲協(xié)變性的問題，所以他在1915年之前在也沒有考慮過量子論的問題，畢竟一個(gè)人只能專心的干好一件事。

在量子論中，愛因斯坦短暫地退去，我們卻迎來了另外一位大神，他就是尼爾斯·波爾，在他的手里量子論達(dá)到了頂峰；

從下個(gè)視頻開始，我們就要回歸量子論，進(jìn)入原子世界，介紹人們?nèi)绾谓鉀Q原子模型，原子發(fā)射光譜，解決元素周期表排列，化學(xué)性質(zhì)，等等這些19世紀(jì)遺留的問題。

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