光与人类生活有密切的关系,它时时刻刻都在影响人类生活。影响着人类生活的光到底是怎样的一种事物呢?那就让我们来看一看光的本质。
17世纪60年代,光学这门学科得以创立,创立这门学科的是英国科学家牛顿。光学的创始人牛顿认为,光实质上是由无数弹性小球组成,这个观点被称为光的微粒说。光的微粒说受到了当时人们的关注,它能合理地解释光的反射和光的折射两种光学现象。
光的微粒说如何解释光的反射现象呢?下面我们对此来进行分析。光的反射现象与我们打弹子球一样,当弹子球在行进过程中撞到边框上,它就不会再前进而是直接被弹回。光的传播也是这样,当光投射到一些特殊物体上时,它也被直接弹回,比如光投射到光滑的镜子上时,就会出现这种情况。光的反射现象得到了合理的解释,那么光的折射现象呢?根据万有引力定律的规定我们知道,当光从光疏物质进入光密物质时,由于物质的密度存在差异,这两种物质对光的吸引作用就有差别。光密物质的密度比较大。因此它能够更强地吸收光;光疏物质的密度比较小,因此它吸收光的能力没有光密物质强,因此,光束由空气进入水或玻璃时,就会偏向密度较大的水或玻璃的一侧,而不再是直线传播。当然,光的微粒说也不全部正确,它在解释光的色散时遇到了困难。虽然光的微粒说不能很好地解释光的色散,但它仍然在相当长的一段时间内得到了人们的认同。
荷兰物理学家惠更斯是跟牛顿同时代的科学家,他不同意牛顿的光的微粒说,而是提出了完全不同的学说,这就是光的波动说。惠更斯认为光与声音有相似之处,它们都是一种空气振动过程,这种振动像水波一样传递。惠更斯的光的波动说具有一定的科学性,因而也曾在一段时间内占领科学领域。
牛顿和惠更斯都是著名的科学家,他们都认为自己的观点是正确的,因此他们互不相让。在当时的科学界,牛顿具有较高的威望,人们认为牛顿提出的观点是不会有错的,因而光的波动说在那时处于劣势。
1864年,英国物理学家麦克斯韦对光进行了仔细的研究,之后他提出了这样的观点:光波是一种电磁波,它与无线电波具有同样的性质,光波与无线电波之间的区别仅仅是波长不同。麦克斯韦的这个说法后来证明是正确的,光波与无线电波确实一样,它们惟一的不同点就是光波比无线电波要短得多,因此无线电波一般以米为单位。通过麦克斯韦的研究,麦克斯韦让光的波动说得到了大家的承认人们认识到光的波动说的正确性,并逐渐对这种学说加以认同。然而光的波动说虽然能够对光的反射、光的折射和光的干涉等光学现象进行合理的解释,但是光电效应却是这个学说解释不了的,因此光的波动说可能也不是最完美的学说。
1905年,德国物理学家爱因斯坦提出了光子说。光子说是这样的一种学说,它认为光能是聚集成一份一份的,并以不连接的形式在空中传播。每一份光是一个光量子,光量子既是一种微粒,又是一种电波。光子说把光的微粒说和波动说有效地统一了起来,让几百年争论的话题有了一个全新的解释。随着科学的发展,关于光的本质这个问题可能还会有不同的解释,这就需要我们青少年的努力。