张剑平
光的本性是什么？
牛顿认为：光是一颗颗很小很小的微粒连续不断流动形成的粒子流。发光的物体会接连不断地向周围空间发射光的粒子流。一旦这些光粒子进入我们的眼睛，冲击视网膜，引起了视觉，我们就看到了光。
牛顿的这个学说被称为光的“微粒说”。也就是牛顿认为光的本性是“微粒”。
光本性是“微粒”的观点，可以追溯到很早很早的古希腊时期，毕达哥拉斯、德漠克利特等等大牛都是微粒说的支持者。法国数学家哲学家笛卡尔是牛顿的前辈，在他的着作《折光学》里也认为: 光是由大量而细小的弹性粒子所组成的。
那光的本质就是“微粒”啰？且慢，有几个不买牛顿账的人，提出了他们的不同观点：他们认为光的本质不是“微粒”，而是一种“波”。人们把这种学说称为光的“波动说”。
牛顿的“死对头”——胡克就是“波动说”的支持者。胡克认为 “光是在以太中传播的一种纵波”。胡克的观点来源于意大利的数学家格里马第。
格里马第在1655年时做了一个实验，他对放在光束中小棍子的影子进行了观察，发现并命名了光的衍射现象。格里马第据此推测光可能与水波相类似，是一种“波”。
格里马第
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“光的衍射”是什么？
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。
胡克继承了格里马第的观点，也认为光是一种“波”。当牛顿用“微粒说”解释光颜色的论文摆在胡克面前时，胡克自然毫不犹豫地进行了批驳。
关于光的颜色，牛顿认为，光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样；而胡克则认为，光的颜色是由光的频率决定的，不同频率的光颜色是不同的。在光的颜色的解释上，牛顿和胡克又怼上了。
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“频率”是什么？
频率，是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量。
以下我们用呼吸的频率来具体说明：一呼一吸就是一个周期，单位时间为一分钟；现在测定一下在一分钟的单位时间内，一呼一吸的次数，这个次数就是呼吸的频率。
下图不同颜色表示了不同频率的波，想一想，哪种颜色表示的波频率更高呢？
光的颜色的解释成了导火索，点燃了“波动说”胡克和“微粒说”牛顿间漫长而激烈的争论。
在光的本性问题上，除了胡克外，还有一位坚定的“波动说”开创者，那就是荷兰的惠更斯(Christiaan Huygens，1629年04月14日—1695年07月08日)。
惠更斯
惠更斯仔细研究了牛顿的光学试验和格里马第实验，他认为其中有很多现象都是微粒说所无法解释的，于是就毫不犹豫地站在了胡克一边。
“我们对声音在空气中传播所知道的一切，可能会导致我们理解光传播的方式。”在惠更斯看来，光和声音的传播方式是可以做类比的。他认为：声音是一种纵波，那么光也是一种纵波；只不过声音不能在真空中传播，而光却能在真空中传播。
惠更斯最擅长的是用几何的方法来巧妙地证明和解释光学现象，他同样无法解释光在真空中传播的原因，于是他和胡克一样，不得不求助于假想的物质——“以太”。
光是一种在以太中传播的纵波。成了这个时期“波动说”的一致观点。
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“纵波与横波”是什么？
根据波的振动方向和传播方向的关系，人们将波分为纵波和横波两大类。
振动方向与波的传播方向垂直的波是横波；振动方向与波的传播方向平行的波是纵波。
根据纵波和横波的定义，观看下列动态演示图，你能判断出哪幅图表示的是横波，哪幅图表示的是纵波吗？
到此为止，因为对光的本性的不同观点，分成了两大阵营。一个是以牛顿为领袖的“微粒说”阵营，一个是以胡克、惠更斯为核心的“波动说”阵营。
你准备站在哪一个阵营呢？当然，正确的选择方法，既不是看谁更有声望和权威，也不是是看谁更值得同情，而是看谁的学说更科学。
判断哪一个学说更为科学，我们可以对比这些学说在解释现象时自圆其说的程度。有意思的是，无论是“微粒说”还是“波动说”，在解释光的反射和折射现象上都非常完美。
那么，这两个学说是否有不能自圆其说的地方呢？
两束光相交后却不影响各自原本的前进方向，这是一个让“微粒说”无法自圆其说的现象。如果光是由粒子组成的，那么在两束光在交叉传播过程中粒子必然互相碰撞，这样一定会导致光的传播方向的改变，而事实并非如此。
为什么光不能像声波一样绕过障碍物？为什么光会产生影子？这些现象又是让“波动说”无法自圆其说的。另外，“波动说”还面临一个更加不稳固的理论基础，那就是“以太”到底是否存在？
由此看来，无论是“微粒说”还是“波动说”，都有点道理，也都有点没道理。照理说这次争论双方应该是平分秋色、不分胜负的，但是，最终结果却还是分出了胜负。
牛顿的“微粒说”最终获胜了！不是因为牛顿的“微粒说”成功地解决了所有的问题，而是因为牛顿本人的学术威望加上牛顿比对手更长寿。
牛顿选择在胡克去世后的第二年公开发行《光学》，此时的惠更斯与胡克已相继去世，“波动说”一方已无人应战了。
整个十八世纪，几乎无人向微粒说挑战，直到牛顿的英国同胞托马斯·杨（Thomas Young）登上舞台。
托马斯·杨
托马斯·杨认为牛顿对光的本质的认识是错误的，光是一种“波”而不是“微粒”。为什么托马斯·杨会如此坚定地拥护“波动说”呢？可能和他在大学时代的研究有着很大的关系。
托马斯·杨在大学时代研究“光”吗？不是，托马斯·杨在大学里学的是医学。学医的怎么又会和“光”的研究搭上边了呢？
原来，托马斯·杨在大学时代研究的是人的眼睛和耳朵。眼睛是人体的光学器官，和“光”有着更直接的关系；耳朵是人体的声学器官，和“声音”有着更直接的关系。对眼睛和耳朵的研究把托马斯·杨引向了光和声音的探索，也使他更偏向于接纳惠更斯的“波动说”理论。
研究眼睛的托马斯·杨
托马斯·杨虽然信服惠更斯的“波动说”，却不认可惠更斯的几何证明法。那么，如何来更好地证明光是一种“波”呢？
托马斯·杨凭借自己多年对声音的研究和对水面波纹的观察，发现了“波”在传播中的一个特性。准确地说：是两个或两个以上频率相同的波相遇时，在一定情况下会相互影响，产生“干涉现象”。
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“干涉现象”是什么？
两个或两个以上频率相同的波相遇时，在一定情况下会相互影响，这种现象叫干涉现象。
托马斯·杨想：既然“干涉现象”是“波”的特征现象，如果光也具有“干涉现象”，不就说明光是一种“波”吗？
托马斯·杨的想法没有问题，关键在于要通过实验来证明光具有“干涉现象”，而这个实验最大的难度是寻找到频率相同的两个光源。
任何难的问题似乎都难不倒有百科全书式学者之称的托马斯·杨。他首先在窗子上开了一个小洞，用厚纸片将小洞盖住，再在厚纸片纸片上戳一个更小的洞，让光线从厚纸片的洞中透过来；然后他用一个很薄的纸片把这束光从中间分成了两束，两束光正好可以当做是频率相同的两个光源。
实验的结果，正如托马斯·杨所料，他在墙壁上看到了光的干涉现象。
为了使光的干涉实验具有更强的操作性，托马斯·杨对实验进行了完善。他把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就可以形成一个点光源（从一个点发出的光源）；然后在开了小孔的纸后面再放上第二张纸，在第二张纸上开两道平行的狭缝。当小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就形成了一系列明、暗交替的干涉条纹。
杨氏双缝干涉实验
这个实验就是大名鼎鼎的杨氏双缝干涉实验。
虽然托马斯·杨的实验非常成功，但是他的这个理论在当时并没有受到重视，甚至还被权威们讥为“荒唐”和“不合逻辑”，他的研究成果竟然被压制了之久。
托马斯·杨并没有向权威低头，他在他出版的《声和光的实验和探索纲要》书中写道：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”
托马斯·杨的干涉实验毫无疑问地证明了“光”具有“波”的特性，那么，这个实验是否为光的“微粒说”和“波动说”之争画上了完美的句号呢？牛顿的“微粒说”真的完全错了么？“光”的本性只能在“微粒”和“波”里面二选一，只能非此即彼吗？
要知道，虽然托马斯·杨用实验确证了“光”具有“波动性”，虽然托马斯·杨后来纠正了“光”是“纵波”的错误观点，但他始终没有摆脱“以太”是“光”传播媒介这一理论基础。
“光”的本性到底是什么？“光”究竟是如何传播的？“光”是机械波吗？……这些问题在科学史上会继续激发出更多的智慧火光。
敲黑板
1.“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”——托马斯·杨
2. 没有对权威质疑的勇气，没有突破性的探索，就没有科学的进步和发展。
3. 从医学专业跨界成为物理学家，说明了专业之间不是森严壁垒的，而是相互连通的。关键在于我们是否有托马斯·杨的眼力和智慧，发现不同专业之间的关联。
