关于光的物理本质

曾庆松 湖南省长沙市南雅中学

关于光的物理本质

曾庆松 湖南省长沙市南雅中学

关于光的物理本质，学术界的争论一直都存在，其中最为突出的两种关于光的学说，一种是以牛顿为代表的微粒学说，一种是以惠更斯为代表的波动学说。而事实上，我们通过在高中物理中的学习，可以了解到经过大量的科学研究表明，光的物理本质是一种电磁波。本文从高中生角度，对光的物理本质进行探讨。

光 物理本质 电磁波

光学是物理学的重要组成部分，为更好的学习有光学的相关知识，我认为首先最重要的，我们应该搞清楚光的物理本质，这对我们高中生来说，也是学习光学最基本的要求。因此，我们首先要了解关于光的物理本质的各种学说，并了解光的物理本质究竟是什么。

1 关于光的物理本质的学说

1.1 牛顿的微粒说

从高中物理的学习中，我们知道微粒说最重要的支持者是牛顿，他认为光是一种粒子流，是发光物体所发出的，并按照力学的规律做等速运动。由于光存在折射、反射等现象，且能够进行直线传播，而微粒说能够对光传播中的这些现象进行解释。并且，微粒说认为光的传播速度会受到传播介质的影响，其在水中的传播速度比在空气中的传播速度更大。在牛顿的微粒说中，还对光的颜色理论进行了阐述。牛顿通过光的色散实验，在实验中设置一个小孔，并让太阳光通过此小孔，而在暗室中放置有棱镜，当通过小孔的光束照在棱镜上时，在其对面的墙壁上就会出现彩色的光谱。于是，牛顿认为可将光的复合和分解现象，近似的看做是颜色不同的微粒被先被混合在一起，然后又被分开。

1.2 惠更斯的波动说

在对光的物理本质进行解析时，我们知道存在与微粒说不同的另一种学说，那就是惠更斯的波动说。惠更斯认为光是一种机械波，其传播需要依靠一定的介质，而这种介质具有弹性，也就是光是依靠“以太”来传播的。对于光的折射和反射规律，波动说同样能对其进行解释。并且，波动说还能解释光传播中的双折射现象。与牛顿的微粒说不同的是，惠更斯认为光在水和空气中传播时，前者是速度比后者小。由于牛顿在物理界具有很高的威望，且对于光的直线传播，微粒说更能对其进行直观的阐释，所以很少人能够接收波动说。

2 关于光的物理本质

2.1 关于光的电磁理论

电磁理论是由英国著名的物理学家麦克斯韦提出的，在此理论中，麦克斯韦认为有电磁波的存在，而光就是电磁波的一种形式。在此之后，赫兹以实际的实验告诉人们，麦克斯韦的预言是正确的。因此，我认为人们对光的认识就是从这个时候改变的，光是一种电磁波的理论被普遍接受，而光是一种机械波这种说法则不再成立。在赫兹以后，科学家们用不同的理论对“光是一种电磁波”进行了验证。于是，波动光学便形成，且其理论基础就是电磁理论。

2.2 粒子性

粒子性即光的量子理论，在波动光学的研究取得一定成果时，其进一步发展却遇到了瓶颈，对于黑体辐射、光电效应等，光的波动理论无法给予合理的解释。并且，根据光的波动理论，存在于真空中的光速应该是恒定不变的。但是，如果从经典力学的角度对光速进行探讨，则会发现光速在不同的惯性系中是不同的。我认为这就是经典力学与电磁理论相矛盾之处。爱因斯坦假设存在一个人，其运动速度能够达到光的速度，且其能够与光一起前行，因此，从这个人的角度来看，光就应该是静止的。根据电磁理论，如果电磁波处于振动状态，那么其就不可能被观测到，且波永远是处于运动状态的。换言之，在宇宙中根本不存在参照系，能够说明光是静止的。因此，爱因斯坦认为，无论在哪种参照系中，光的速度都是一样的。就在这时，爱因斯坦提出了狭义相对论，通过光的量子论对光电现象进行了解释，指出在微观世界中存在波粒二重性，并利用分子动理论对布朗运动进行了详细的阐释。

2.3 光子的波粒二重性

光子具有波粒二重性。根据《宇宙的起源于演化》，由于光子的组成包括A粒子，中子的微子，两者共同构成缠绕体粒子，而两个中子微子所构成的缠绕体粒子则是一个A粒子。在此著作中，首先对光子的漂移速度进行了假定，即假定此速度为0。如果其速度不为0，则可判断出光子是波的一种形式，是由三个中子微子在波动状态下进行组合才形成的。当此速度为0时，光子则是三个中子微子波动的驻波。然后，从整体性的角度来看待这三个中子微子，其就是质量为三个中子微子质量和的粒子。由此可见，光子具有波粒二重性。

综上所述，关于光的物理本质，有以牛顿为代表的微粒说，也有以惠更斯为代表的波动说，而人们对前者的认可度更高。随着光的学说的不断发展，关于光的电磁理论、粒子性等理论开始涌现出来。所以，普遍认为爱因斯坦的狭义相对论，才能够对光电效应等进行解释。

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