光的二象性
光的二象性
light，dualistic nature of
光同时具有波动和粒子两种属性的性质。早在17世纪就开始了对光的本性的讨论，当时有两种观点，一种是以R.胡克、C.惠更斯为代表的波动说，另一种是以I.牛顿为代表的微粒说。胡克在1685年发表的《显微术》一书中，认为光是一种振动，发光体的每一振动在介质中向各个方向传播。胡克初步建立了波面和波线的概念，并把波面的思想用于对光的折射和薄膜颜色的研究。惠更斯著《论光》更明确地提出了光是一种波动的主张，他认为光是一种介质的运动，该运动从介质的一部分以有限速度依次地向其他部分传播，他把光的传播方式与声音在空气中的传播作比较。惠更斯还提出了次波概念并建立了惠更斯原理(见惠更斯-菲涅耳原理)，他用绘制波前的方法很好地解释了反射定律、折射定律及方解石晶体中的双折射现象。然而，惠更斯的波动理论是不完善的，他没有建立起周期和波长的概念，也未涉及波的强度问题，而且认为光与声一样属纵波，因而惠更斯的波动说在解释光的干涉、衍射和偏振现象时遇到了困难。
I.牛顿根据光的直线传播规律、光的偏振现象以及光波赖以存在的以太是否可信的问题对惠更斯的波动说提出怀疑。他以提问方式说明光是光源发出的微粒流这一可能性。牛顿并不是根本不承认光的波动性，事实上正是牛顿首先提出了光在本质上是一种周期过程的观点，他还多次提到光可能是一种振动并与声波作对比。然而从他的著作《光学》的其他部分来看，他还是倾向于光的微粒说。突出的例子是从光的微粒说出发，根据机械粒子遵守的力学规律来解释光的反射定律和折射定律，并得出了光密介质中的光速要大于光疏介质中的光速这一与事实不符的结论。
光的波动说和微粒说几乎是同时产生的，但在19世纪前微粒说一直占有统治地位。直到19世纪，由于T.杨和A.-J.菲涅耳等人的研究才使光的波动说得到复苏，并开始了波动理论的大发展时期，19世纪中叶J.C.麦克斯韦电磁场理论的建立更使光的波动理论有了坚实的理论基础( 见波动光学)。1849年，A.H.L.菲佐首次在实验室中测量了光速，1850年他与J.B.L.傅科分别测量了水中的光速。光速的实验测定使人们有可能比较光疏介质和光密介质中的光速大小，结论是光疏介质中的光速大于光密介质中的光速，这与牛顿用微粒说解释光的折射定律时所得结论正好相反，这被称为光的本性的判决性实验。整个19世纪是光的波动理论取得决定性胜利并逐渐成熟的时期，与此同时光的微粒说却逐渐为人们所遗忘。
1905年A.爱因斯坦为解释光电效应而提出光子假设，重新提出了光的粒子性概念。但爱因斯坦的光子概念不同于牛顿的机械粒子，不能用经典力学规律来描述其全部行为。
光同时具有波动和粒子两种属性已成为客观事实。在一段时间里人们把光的两种属性单独地应用于不同场合：在解决与光的传播有关的问题时，把光看成是电磁波，运用麦克斯韦的经典电磁理论可得到相当精确的结果；在处理光与物质相互作用的问题时，则把光看成是光子流，以解释关于光的发射、吸收、散射和光电效应等问题。这种把光的两种属性割裂开来的处理方法只是一种近似理论，人们称之为半经典理论 。直到P.A.M.狄拉克、W.K.海森伯和W.泡利等人把辐射场本身也加以量子化并建立了电子电动力学后，才把光的波动性和粒子性统一在同一理论体系中。