由光本质引发的三次“波粒战争”

Maylany

　　想不到，这本在家里躺了多年的书——《上帝掷骰子吗？——量子物理史话》，曾经因为名字被劝退。最近硬着头皮一翻，却发现“真香”。物理于我，简直是初高中学习生涯的阴影。高中毕业距现在近二十年了，物理早就与我的文科脑绝缘了。哪里想到，这本书不仅唤醒了我的“物理脑”，还让我感叹，如果当初有人能用这样简单直白的语言让我搞懂那些定理原理公式，它一定不会成为我的噩梦。不得不说，我对于理科的理解能力，只能止步于曹天元这样的最简单的比方，最通俗易懂的文字的水平。

这本书足足有470多页，拿在手里沉甸甸的，一般来说，我对于厚如砖头的书都挺抵触的，可是这本书让我又打破了自己的一个心魔，真是神奇。这两天断断续续读了五章，算是把三次波粒战争的前因后果都看到了。这里，我用我的理解再简单说一下这三次战争。

在说这三次战争之前，两派的观点先简单了解一下。

早在15世纪，人们对光的行为了如指掌，却对其本质是什么依然难以回答。

古希腊时代，认为光是由光原子组成，这解释了光的直线传播，反射折射，但解释不了为什么两束光互相碰撞的时候不会弹开？光粒子在点上灯火之前藏在何处，数量有多少等。这就是最初的微粒说。

在人们认识到声音是一种波的时候，笛卡尔率先提出光是一种波的这种可能。格里马第通过小孔成像提出最早的波动说。这种说法解释了光束互不干扰的问题，却无法说明传播介质。于是假设了一种不为人知的介质——以太。

第一次波粒战争

导火索：1663年，波义尔提出一种理论——我们看到的各种颜色，其实并不是物体本身的属性，而是光照上去才产生的效果。

开端：助手胡克重复格里马第的工作，在1665年出版的《显微术》中明确支持波动说，让波动说占了上风。

发展：1672年牛顿光散射实验，得出白光由七彩光混合而成，并提出理论：光的复合和分解是不同颜色的微粒的混合和分开。引发胡克强烈抨击。牛顿也愤而反攻，完全倒向微粒说。

高潮：惠更斯继承胡克思想，用波动理论成功证明和推导了光的反射和折射。并在1675年轻易占领了“牛顿环”开辟的领地。波动说达到鼎盛。

结局：胡克死后，牛顿成为皇家学会主席，发表巨著《光学》，从粒子的角度解释了光的种种现象，驳斥了波动理论，并将其与自己的力学体系结合在一起，完成了对波动派摧枯拉朽般的打击。波动说群龙无首，被迫转入地下，长达一个世纪抬不起头来。

第二次波粒战争

导火索：托马斯·杨的“光的双缝干涉”实验。

开端：波军的巧妙实验从数据到现象简单直接，微粒无法解释，节节败退。

发展：粒军以攻代守，对波动说不利的陆续证据被提出，如马吕斯的偏振现象。

高潮：1819年，在由微粒说的拥护者组成的评委团的科学竞赛中，菲涅尔以严密的数学推理，用波动理论完美解释了光的衍射问题。最终获得了那一届的科学奖。圆盘阴影正中的亮点成为波军的重要武器。菲涅尔又提出光是一种横波，又完美解释了偏振现象。

结局：1850年傅科实验证明光在水中速度慢于在真空中的速度，彻底宣判微粒说死刑。

后续：1856年麦克斯韦关于电磁理论的发表，预言光其实是电磁波的一种。波动说达到光辉的顶点。

尽管这一时期战争不断，但却是经典物理的黄金时代：完美的电磁理论（经典电磁力学）、伟大坚固的牛顿力学体系（经典力学）、热力学三大定律已有雏形（经典热力学）。物理学似乎已经尽善尽美。但却有的两朵“乌云”（困境）笼罩在热和光动力理论上空，一朵是迈克尔—雷莫实验的失败，光以太作为支撑经典物理学大厦的支柱被否定；另一朵是黑体辐射实验和理论的不一致。

第一朵乌云，最终导致了相对论革命的爆发；第二朵乌云，最终导致了量子论革命的爆发。

第三次波粒战争

导火索：爱因斯坦从普朗克的量子假设出发，提出光量子假说。让沉寂了一个世纪的微粒大军死灰复燃。

开端：汤姆逊想象出“葡萄干布丁”的原子模型，他的学生卢瑟福想要用散射实验验证原子的大小和性质，却发现了其中有些粒子的散射角度偏差较大，于是修改这一模型为行星模型，但这一模型却会导致原子自身的坍缩。玻尔在其基础上引入量子概念，能解释电子的运行方式，却不明白为什么这样。粒子大军遇到难题，反复修补。

发展：德布罗意根据爱因斯坦的相对论，假设电子有质量，推断出电子具有内在频率，所以电子在前进时伴随着一个波。他称之为“相波”。波军又有了新的武器。

高潮：戴维逊用电子束轰击金属镍时偶然发现，被镍块散射的电子，行为和X射线一模一样，从而证明了德布罗意假说。这将第三次波粒战争推向高潮，战争全面升级，从光到底是粒子还是波到整个物质世界是粒子还是波。

结局：威尔逊云室可以清晰看到电子的运行情况，进一步肯定了康普顿的论据，波特和盖革的实验也再一次有力支持了光量子假说，爱因斯坦在玻色思想——光可以看作不区分的粒子的集合——的基础上，发展出了玻色-爱因斯坦统计方法，确定了微粒在光领域的里程碑式胜利。但这些，仍然解释不了光的双缝干涉。战场再次陷入僵持。

　　正是在这样的僵封阶段，量子物理才渐渐从混沌中看到微光。后来的物理学家们相继登场，精彩的量子物理开始登上历史舞台。