牛顿和惠更新的对话

胡紫霞

牛顿和惠更斯两位科学家之间的争论，由于牛顿的威望，“光的微粒说”在18世纪取得了统治地位。进入19世纪以后，“波动说”又重新活跃起来。

第一位向“微粒说”发起冲击的是牛顿的同胞托马斯·杨。

托马斯·杨：

牛顿先生，您好！尽管我非常仰慕您的大名，但我并不因此认为您的观点都是正确的。我遗憾地看到，有的时候您也会弄错，而您的权威也许有时会阻碍科学的进步。

为了证明光是一种波，我在暗室中做了一个举世闻名的“光的双缝干涉实验”。我们知道，干涉现象正是波动的一个特性。

笔者解释一下，“双缝实验”是一种“双路径实验”。假设光束是由经典粒子组成，将光束照射一条狭缝，光通过狭缝后，照射在探测屏上，则在探测屏上应该会观察到对应于狭缝尺寸与形状的图样。可是，实际进行“单缝实验”时，探测屏会显示出光束被展开，狭缝越狭窄，则展开角度越大。探测屏会显示出在中央区域有一块比较明亮的光带，旁边衬托著两块比较暗淡的光带。类似地，假设光束是由经典粒子组成，将光束照射于两条相互平行的狭缝，那么在探测屏上应该会观察到两个单缝图样的总和。但实际并不是这样，在探测屏上显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。托马斯·杨的实验成功证明了光确实是一种波，它只有用“波动说”才能解释，“微粒说”对此一筹莫展。而紧接着的是另一个著名实验——光的衍射实验，完成这个实验的正是法国物理学家菲涅尔。

菲涅尔：

大家好，我很荣幸为你们解释这个实验现象。这是一种波在传播过程中可以绕过障碍物，或穿过小孔、狭缝而不沿直线传播的现象，实验中成功地演示了明暗相间的衍射图样，而衍射现象也是波的基本特性之一。因此我也支持“光的波动说”，我认为牛顿先生的“微粒说”是不合理的。

以上两个实验，给“微粒说”以致命打击的是对光速值的精确测定。牛顿和惠更斯在解释光的折射现象时，对于水中光速的假设是截然相反的，谁是谁非，难以证实。到了19世纪中叶，法国物理学家菲索和付科，分别采用高速旋转的齿轮和镜子，先后精确地测出光在水中的传播速度只有空气中速度的四分之三，又一次证明了“波动说”的正确性。

牛顿：

好吧，看来我也有错误的时候。所以大家千万记住了，不要盲目迷信權威啊！好好做实验，好好做研究。

经过反复较量，“波动说”终于压过了“微粒说”，取得了稳固的地位。到19世纪60年代，麦克斯韦总结了电磁现象的基本规律，建立了光的电磁理论。到19世纪80年代，赫兹通过实验，证实了电磁波的存在。利用“光的电磁说”，对于以前发现的各种光学现象，都可以做出圆满的解释。这一切使“波动说”在同“微粒说”的论战中，取得了无可争辩的胜利。

但是，物极必反。正当“波动说”欢庆胜利的时候，意外的事情发生了——“以太”存在的否定和光电效应的发现，这些新的实验事实又一次要置“波动说”于死地。“波动说”认为，光是依靠充满于整个空间的连续介质——“以太”做弹性机械振动传播的。为了验证“以太”的存在，1887年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷使用当时最精密的仪器，设计了一个精巧的实验。

迈克尔逊和莫雷：

是的，我们的确做了这个实验，你们一定得记住实验的名字，要是实在记不住，就叫它MM实验也可以。虽然实验是失败的，但我们并不沮丧。实验结果证明，地球周围根本不存在什么“机械以太”。那么问题来了，没有“以太”，光波和电磁波是怎样传播的呢？

面对这一“波动说”难以克服的困难，“微粒说”又跃跃欲试。而光电效应的发现，使“微粒说”再次“复辟登基”。所谓光电效应，就是指金属在光的照射下，从金属表面释放出电子的现象，所释放的电子叫做光电子。至此，“光的微粒说”又昂首挺胸，活跃在科学的舞台上。

这时，又有一位牛人出现了，他就是——爱因斯坦，他运用“光量子说”把光电效应解释得一清二楚。但是，爱因斯坦并没有抛弃“波动说”，而是把二者巧妙地结合在一起，并辩证地指出：“光既是波，又是粒子，是连续的，又是不连续的。自然界喜欢矛盾……”这一思想充分地把粒子和波紧密地联系在一起，至此，“光的波粒二象性”就成为描述光的主要观点了。