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TUhjnbcbe - 2023/9/22 20:14:00

小编觉得近代科学的飞跃来自于人们对光本质的探索,自年德国物理学家海因里希·赫兹首次发现令当时科学界费解的光电效应,到年爱因斯坦提出光量子说,并写出了功函数方程来解释光电效应。美国实验物理学家罗伯特·密立根用了10年的时间去验证这个方程,结果伙伴们肯定清楚:爱因斯坦是正确的。爱因斯坦对光电效应的解释让他在年获得了当年的诺贝尔物理学奖。然而他那关于光量子的理论(光的量子化)太具有颠覆性了,难以被物理学家们接受,甚至是怀疑和嘲讽的态度对待他的光量子。但是也由此让科学界重新去审视光的本质,再次打响了关于光的“波粒战争”,也让二十世纪的科学界天翻地覆。为什么在的科学界对光量子假说这么排斥,这还要说起我们人类第一次,也是在牛顿年代关于光本质的论证。(爱因斯坦怎样解释光电效应的爱因斯坦成就不仅是相对论,光量子说更是引发了光的「波粒战争」)

为什么当时的科学界接受不了“光量子理论“

关于牛顿给出的答案因为关于光是什么?这个问题在18世纪以及19世界初叶伟大的艾萨克·牛顿已经给出了答案,光是粒子,微小颗粒组成的。这种光微粒以直线方式运动的理论完美的解释了我们日常生活中的一个现象:为什么当一个人在拐角处说话的时候,人们可以听到他,但不能看到他,因为声音是波,而光是微粒,不能在拐角处转弯。所以人们对牛顿的光粒子理论深信不疑,一方面存在着无可辩驳的证据,另一方面大家都清楚牛顿当时在科学界,在人们心中的地位那是神圣不可侵犯的。

科学不乏勇于探索的人荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯提出论据说,不存在牛顿式的光粒子。他相信光是以太中穿行的一种波。惠更斯认为如果光真的由微粒组成,那么当两束光相互交叉时,为什么看不到理应出现的碰撞痕迹?如果光束是由牛顿所说的微粒构成,做直线运动,那么它穿过物体时留下的影子应该是分明的。但实际上光照射到物体时,因为波动性会绕过物体留下轮廓比较模糊的影子。大家可以找个阳光明媚的日子做个小实验,拿张纸或者把自己手放在太阳底下,很明显会发现模糊的影子轮廓,这也是关于光是波的小实验,大家可以尝试下当一次实验物理学家。光的“衍射”的由来

意大利耶稣会修士、数学家弗朗西斯科·格里马第神父,给光在物体的边缘弯折环绕,或在非常狭窄的缝隙两边弯折环绕的现象起了个名字叫diffraction,意思是“衍射”。在一本于他去世后两年,也就是年出版的书中,他描述道:在一间黑暗的屋子里,在百叶窗上开一个非常小的孔,让细细的一束阳光射进来,把一件不透明的物体放在这束光中,结果留下的阴影比预料中所能留下的阴影要大。他还发现,在阴影的四周,本来预想应该是光亮与黑暗之间分明的分界线,却有彩色而且模糊的边缘。

牛顿对光的解释在当时人们心中根深蒂固

牛顿完全清楚格里马第的发现,后来自己做实验对衍射现象进行了研究;而衍射现象如果用惠更斯的波理论的话,似乎就更容易解释。但是,牛顿争辩说,衍射现象是各种力作用到光粒子上的结果,认为这正好揭示出光的本质。由于牛顿所享有的崇高地位,结果他的光粒子理论被奉为正统,尽管光实质上是粒子和波的奇怪混合体。

可惜的是惠更斯死于年,牛顿后来在惠更斯死后又活了32年,这也是光没有得到充分认识的一个原因。“大自然及其法则隐伏在暗夜之中;上帝说,让牛顿出生吧!于是一切光明。”亚历山大·蒲柏(AlexanderPope)的著名墓志铭也见证了在牛顿在世时所享有的威望。牛顿去世后多年,他的权威地位依然没有丝毫动摇。

曙光初现

19世纪曙光初照之际,英国博学家托马斯·杨对其发起了挑战,随着时间推移,他的著名实验让光波理论的起死回生,这就是著名的杨氏双缝实验证明了光的波动性。从此科学界又认为光是一种波。(小编下篇文章讲杨氏双缝实验)这也是科学界对于光本质第一次争论,但因为后来爱因斯坦的光量子说,人们又开始了对光本质的争论。科学就是这样,在质疑中成长,在探索中完善。

小结一下:所以当爱因斯坦年又提出光量子(光子),虽然我们现在知道到了爱因斯坦的光子和牛顿的微粒有本质的区别,但当时科学界还是难以接受,所以在年爱因斯坦获奖时,诺贝尔物理学奖明确的说是奖给他的公式所描述的光电效应法则,而不是他以光量子为依据所作的解说。可见爱因斯坦当时的思想已经相当超前,以至于颁奖时都要划分清楚,这也足以印证当时光的本质在科学界仍是一团迷雾。但爱因斯坦就是那个敢于拨开重重迷雾的人,就这样二十世纪科学界的伟大革命已经悄然来临。

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