光是粒子的证据（光是粒子还是波动）
光是粒子的证据（光是粒子还是波动）在《一说万物：现代物理学百年漫谈》中，来自香港科技大学的王一老师将给大家分享这些既深刻又有趣的新想法、新观念。在过去一百年中，物理学取得了空前的发展，涌现出很多新想法、新观念，其影响超越了物理领域，深刻改变了人们对世界的认识。2.2 光是粒子还是波动？系列课程介绍20世纪是物理学的世纪。
本次内容来自系列视频课程
“一说万物：现代物理学百年漫谈”
第二讲：现代物理学之光
2.2 光是粒子还是波动？
系列课程介绍
20世纪是物理学的世纪。
在过去一百年中，物理学取得了空前的发展，涌现出很多新想法、新观念，其影响超越了物理领域，深刻改变了人们对世界的认识。
在《一说万物：现代物理学百年漫谈》中，来自香港科技大学的王一老师将给大家分享这些既深刻又有趣的新想法、新观念。
每期一个话题、一个概念，讲述精巧、富有启发性。来一起感受思考的乐趣吧！
2.2 光是粒子还是波动？_腾讯视频
前一讲讨论了光的重要性和光的速度。现在问下一问题：光的本质是什么？
以史为鉴，可以知兴替，古人是如何看待光的呢？2000多年前，人们对光的认识还很少，所认识的是自己的感觉——视觉，那时人们开始讨论视觉的本质是什么。柏拉图认为，我们的眼睛发出视线，触摸到物体，然后我们就看到物体了。有人质疑：那为什么晚上就看不见东西了？德谟克里特认为，万物都是由原子组成的，而原子就像昆虫一样，是不断蜕皮的，原子蜕下的一层皮被我们的眼睛接收到，我们便产生了视觉。又有人质疑：那为什么我们看到的东西可以比眼睛还大？当时智者看待光的想法，在现今的我们看来是很幼稚的。而我们对光能有新的认识，正是因为我们站在巨人的肩膀之上。
几百年后，人们对光有了进一步的认识：我们之所以能看到物体是因为物体发出或者反射的光通过媒介到达我们的眼睛。再后来，笛卡尔、胡克等人提出光是一种波动，这个观念在物理学史上非常重要。胡克等人发现了光的衍射现象：当光射到一个小孔的时候，这个小孔就像新的光源一样，发出新的一列的波。光的衍射实验虽不是太难，但也不那么容易做。我们可以以水来类比：准备一盆水，首先拍动水让其产生波纹，然后放置一个障碍物，只留一个小小的通道让水波纹通过，我们会看到，新的波纹从这个小小的通道处开始产生了，这就是衍射现象。
从那时起，人们认为光应该是波动。时间到了1666年，牛顿那时本应该在剑桥读书的，因为瘟疫，牛顿只好回到乡下。在这一年，牛顿发明了微积分，发现了万有引力定律，并且发现了光的色散。三大发现，这一年后来被称为是“物理学的奇迹年”。（我们还知道物理学的另一个奇迹年——1905年，那是爱因斯坦的奇迹年，同样是三大发现。）
微积分和万有引力暂且不表，我们谈谈光的色散。牛顿发现一束白光射到棱镜上，可以分解成“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的光谱。牛顿认为，白光是由不同的微粒组成的，通过棱镜时，不同微粒的折射角度不同，于是产生了光的色散。这就是牛顿的微粒说。
牛顿的微粒说提出以后，受到了波动说支持者胡克的猛烈抨击，以至于之后的几十年，牛顿对光的本性问题一言不发——没有发表任何的言论和作品。一直到1704年，牛顿才发表了一部巨著——《光学》，奠定了此后100年人们对光的认识。而在前一年即1703年，胡克去世了。我们不知道这之间有没有因果关系，但是起码有时间上的先行后续关系。
此后，光的微粒说统治了物理学几乎100年，直到1801年。那年，托马斯·杨发现了一个现象，叫做双缝干涉。从波源发出两列波（假设光是波的话），然后两列波通过两个很狭窄的缝，这两个缝就相当于新的波源，发出两列波，而这两列波最后在一个屏幕上相遇。两列波在屏幕上相遇时，会发生什么现象呢？会有干涉条纹，即光程差是波长整数倍的地方非常亮，而光程差是半个波长的奇数倍的地方是暗的。这正是波动所具有的特性——干涉相长与干涉相消。
60年之后，麦克斯韦提出麦克斯韦方程组，由其可以推导出电磁波，然后赫兹验证了光就是电磁波。从这时起，“光是波动的”深深地烙印在每一个受到良好训练的物理学家的脑海里。
顺便提下，光是波动的与精密测量非常有关系，它帮助我们把长度测量得非常精确。我们知道，可见光的波长是10-6到10-7米，而我们的实验仪器通常是米的量级。这使得我们能把物理量测到6位有效数字的精度，迈克尔逊和莫雷正是如此把光速测到6位有效数字精度的。他们有一个光源，光经过一个半透明镜子，如图所示，经由两条路径，然后又回到半透明镜子，最后回到屏上。迈克尔逊和莫雷精细地调节仪器，使得屏上的干涉条纹是干涉相消的。然后再转动仪器，把仪器向着不同方向，发现条纹一直是干涉相消的。这告诉我们，不同方向的光速度是一样的，不随地球绕太阳公转的速度而变化。
作一总结，今天我们讲了经典的波粒之争。笛卡尔、胡克认为光是波动，牛顿认为光是微粒。微粒说统治100年之后，托马斯·杨、麦克斯韦又指出光是波动。这时，光的波粒之争好像已经尘埃落定：光是波动，并且光是波动这件事极大的推动了技术的发展和其他物理学方向的发展：技术发展上，我们可以借此实现非常精确的测量。其他物理学方向的发展上，光学望远镜让我们看到遥远的宇宙深处；光因其速度是相对论性的，所以它是相对论的见证者，孕育着狭义相对论。光全身都是宝，从不同的方面可以得到不同方向物理学的突破。
所以说，光是现代物理之光。
导师简介
王一：中国科学技术大学本科，中国科学院理论物理研究所博士。现任香港科技大学助理教授，研究领域为理论宇宙学。近期的主要研究兴趣是将物理学中最大的物体和最小的物体联系起来，用早期宇宙的遗迹研究基本粒子物理。其他研究方向还包括早期宇宙模型、暗能量、暗物质、原初黑洞、引力波等。曾获香港大学教育资助委员会青年学者奖、被学生评选为最喜欢的教师。
系列课程内容
第一讲：概述物理学的世纪
1.1 一百年前，我们知道什么？
1.2 更小：从打地鼠到光电效应
1.3 更高：“上帝”的菜单
1.4 更快：什么是相对论？
1.5 从简单的定律到复杂的宇宙
第二讲：现代物理学之光
2.1 什么是现代物理学之光？
2.2 光是粒子还是波动？
2.3 你见过波动着的粒子吗？
2.4 什么是波粒二象性？
第三讲：漫游量子世界
3.1 从聊斋志异到量子隧穿
3.2 不确定性原理：光子你瞅啥？
3.3 测量：把学霸骡子打成驴
3.4 薛定谔猫死了吗？
第四讲：原子
4.1 世界为什么是由原子组成的？
4.2 花粉颗粒为什么会跳舞？
4.3 从氢原子到万物
第五讲：熵与信息
5.1 大吃一斤，什么增加了？
5.2 时间箭头：谁偷走了你的时间？
5.3 麦克斯韦的妖精教你什么是新闻
第六讲，第七讲，第八讲，第九讲……更多内容，敬请期待！
微信订阅号、新浪微博、bilibili、企鹅号等平台搜索、关注“墨子沙龙”，第一时间获得墨子沙龙的内容推送。
关于“墨子沙龙”
墨子沙龙是由中国科学技术大学上海研究院主办、上海市浦东新区科学技术协会及中国科大新创校友基金会协办的公益性大型科普论坛。沙龙的科普对象为对科学有浓厚兴趣、热爱科普的普通民众，力图打造具有中学生学力便可以了解当下全球最尖端科学资讯的科普讲坛。
