奧林巴斯顯微鏡光是粒子或者波嗎？

 可見光的確切性質是一個幾個世紀以來不解的謎。從古代的畢達哥拉紀律希臘科學家大膽假設每一個可見的對象發(fā)出穩(wěn)定的粒子流，而亞里斯多德認為光傳播的方式類似于海洋里的波浪。盡管這些想法在過去的 20 世紀經歷過無數(shù)的修改和很大程度的進化，本質的希臘哲學家們所建立的爭議一直持續(xù)到今天。

一種觀點設想光一樣的波狀的性質，產生的能量，遍歷的方式類似于蔓延打擾丟棄的石頭后，表面的平靜的池塘的漣漪的空間。反對的觀點認為光由組成的穩(wěn)定的粒子流，就像水從花園軟管噴嘴噴射的微小液滴。在過去的幾個世紀，期間一致的意見有動搖過的與普遍存在的一段時間，只是要被其他的證據推翻的一個視圖。僅在 20 世紀*個十年期間足夠令人信服的證據收集，提供一個全面的答案，并讓所有人驚訝的是，這兩種理論證明是正確的至少在部分。

在十八世紀初，關于光的本質的爭論已經變成了科學界大力爭奪的他們*喜歡的理論有效性的劃分陣營。一組科學家，訂閱了波浪理論，為中心的荷蘭人克里斯蒂安 · 惠更斯發(fā)現(xiàn)他們的論點。對立陣營引艾薩克 · 牛頓的棱鏡實驗證明光旅行作為洗澡的粒子，每個程序在一條直線，直到它被折射，吸收、 反射、 衍射或以某種其他方式干擾。雖然牛頓，自己，看起來好像有一些疑問，他微粒子理論性質的光，他的聲望在科學共同體中舉行了這么多的重量，他的支持者在他們激烈的戰(zhàn)爭期間忽略所有其他證據。

惠更斯理論的光的折射，光線，類似波的性質的概念基礎舉行任何物質在光的速度成反比是它的折射率的比例。換句話說，惠更斯假設越多的光是"彎曲"或折射的一種物質，得越慢它會移動而穿越這種物質。他的追隨者們認為，如果光由組成的粒子流，然后會發(fā)生相反的效果，因為進入更緊密的介質的光會被吸引的分子在中期和經驗的增加，而不是減少，速度。雖然這一論點的**解決方案將測量光在不同物質中的速度，空氣和玻璃為例，期的設備并不勝任這項任務。光出現(xiàn)任何它所通過的材料相同的速度移動。*過 150 年后才可能具有足夠高的精度，證明惠更斯理論是正確的測量光的速度。

盡管很高的盛譽的艾薩克 · 牛頓爵士，**科學家在 18 世紀早期的數(shù)目不同意他微粒子理論。有些人認為如果光組成的粒子，然后當兩束交叉，一些粒子會互相碰撞產生光束的偏差。很明顯，這不是如此，所以他們的結論是光不必須由單個粒子組成。

惠更斯，為他的直覺，曾建議他 1690年傷寒論 》 Traité de la Lumière ，光波旅行通過介導醚，一種神秘的失重物質，作為整個空氣和空間的無形實體存在的空間。醚搜索在十九世紀之前*后下崗休息過程中消耗大量的資源。醚理論持續(xù)了至少直到十九世紀末，查爾斯 · 惠斯通提出的模型展示醚攜帶光波的振動在垂直于光傳播的方向角和 James 克拉克 · 麥克斯韋的詳細描述的看不見的物質建設模型可見一斑。惠更斯認為醚在相同的方向的光，振動，形成一波本身作為它運載了光波。在后來的卷，惠更斯原理，他巧妙地描述了每個點上一波如何能產生它自己小波，其中一起將添加到表單的波前。惠更斯雇用這個想法產生的折射現(xiàn)象，詳細的理論，解釋為什么光線就不會崩潰時他們交叉路徑，對方。

當一束光旅行之間有不同的折射指數(shù)的兩種介質時，梁經歷折射，并改變方向，當它通過從*種介質入第二個。若要確定是否這束光由波或粒子組成，可以設計為每個模型來解釋這一現(xiàn)象 （圖 3）。根據惠更斯波理論，一小部分的每個角度的波前應該影響第二種介質，其余的前面到達接口之前。這一部分將開始通過第二種介質移動，而其余的浪潮仍然行駛，在*種介質，但會由于較高的折射指數(shù)的第二種介質移動更慢。波陣面現(xiàn)在在兩個不同的速度行駛的因為它將彎成第二種介質，從而改變傳播的角度。相比之下，粒子理論有相當困難的時候解釋為什么光粒子應該改變方向，當他們從一種介質傳遞到另一個。理論的支持者的建議一支特別部隊，定向垂直于界面的行為來改變粒子的速度，在他們進入第二種介質。這支部隊的確切性質留給了投機活動，和以往已收集沒有證據來證明的理論。

另一個*比較這兩個理論涉及到發(fā)生時從光滑、 鏡面反射的表面，例如鏡子反射光的差異。波浪理論推測一光源發(fā)出光波，向四面八方蔓延。影響一個鏡子，海浪就被反映的到達角度，而與每個波轉回來到前面來產生反向的圖像 （圖 4）。到達波的形狀是強烈地依賴于從鏡子的光源有多遠。光來自關閉源仍保持球形、 高度彎曲的波前，而從一個距離光源發(fā)出的光將會傳播更多和影響是幾乎平面的波前的鏡子。

光的粒子性的理由是遠強有關的反射現(xiàn)象，而不是折射。是否或近或遠，由源，所發(fā)出的光到達的鏡子表面的蹦跳或從光滑的表面反射的粒子流。因為粒子是非常微小，數(shù)量龐大參與一束傳播的光，在那里他們旅行并排彼此非常接近。對影響鏡子，粒子反彈從不同的點，所以他們這束光的順序顛倒反思以產生反向的圖像，如圖 4 所示。粒子和波的理論不足以解釋光滑表面的反射。然而，粒子理論也表明是否表面是非常粗糙的粒子反彈走在不同的角度，散射的光線。這一理論非常密切地符合我們的實驗觀察。

粒子和波應該也以不同的方式表現(xiàn)，當他們遇到的一種對象和形式 （圖 5） 陰影邊緣。牛頓是很快指出了在他的 1704年書著成光學，，"光從來沒有已知的遵循歪歪扭扭的段落也不能彎曲成陰影"。這一概念是與的粒子理論，提出了光的粒子總是必須沿直線相一致。如果粒子遇到的一個障礙邊緣，然后他們會產生陰影，因為不被屏障阻止粒子繼續(xù)在一條直線上，不能攤開在邊緣后面。在宏觀尺度上，這種觀察是正確的但它不同意從規(guī)模要小得多的光的衍射實驗獲得的結果。

當光通過狹縫時，光束傳播并且變得比預期的更廣泛。這從根本上重要觀察借了大量的光的波動理論的可信度。像在水中的波浪，光波遇到對象的邊緣出現(xiàn)彎曲周圍邊緣和入其幾何的影子，是一個區(qū)域，不由這束光直接照明。這種行為是類似于環(huán)繞結束了筏板，而不是反射掉的水浪。

近百年來后牛頓和惠更斯提出了他們的理論，命名為 Thomas 年輕英國物理學家進行了實驗研究光的波狀性質的大力支持。因為他相信光由波組成，年輕的理由一些類型的交互會發(fā)生兩個光波見面時。為了測試這個假設，他用屏幕，其中包含單個、 窄縫從普通日光產生相干光束 （包含在階段中傳播的波）。當太陽的光線遇到縫隙，他們散開或衍射產生單一的波前。如果這條戰(zhàn)線允許照亮第二個屏幕有兩個間隔緊密狹縫，相干光，**地與每一個其他步驟中的另外兩個來源產生 （見圖 6）。從每一個縫隙旅行到單個點半路之間兩個狹縫光應該在第步中**地到達。由此產生的波應加強彼此產生多大的波。然而，如果被認為是兩邊的中心點上的一個點，然后從一個狹縫光必須旅行得更遠以達到第二點的對面的中心點。光從狹縫更接近到這第二點會在光前到達從遙遠的狹縫，因此兩個波會與對方，而且可能會取消彼此產生的黑暗。

他懷疑，年輕人發(fā)現(xiàn)當從狹縫的第二套光波傳播 (或衍射)，他們滿足彼此和重疊。在某些情況下，重疊結合確切地中的一步的兩個波。然而，在其他情況下，光波是或輕微或完全不合拍相互結合。年輕人發(fā)現(xiàn)當波在第步中見到，他們加在一起的一個過程，是來被稱為相長干涉。滿足不合拍的波將相互抵消，一種稱為破壞性的干涉現(xiàn)象。在這兩個極端，不同程度的建設性和破壞性干擾發(fā)生產生波具有廣泛的振幅。年輕是能夠觀察到在屏幕上放在后面這兩個狹縫設置距離干擾的影響。衍射后, 重組由干涉的光產生一系列的光明和黑暗邊緣沿屏幕的長度。

雖然看似重要的是，年輕的結論沒有廣泛采納時，主要是因為在粒子理論中的壓倒性的信念。他觀察光的干涉，除了年輕假設不同顏色的光由波具有不同的長度，一個基本的概念，今天被廣泛接受。與此相反，粒子理論倡導者設想各種顏色從粒子具有兩種不同的群眾或以不同的速度行駛。

干涉效應并不局限于光。池或池塘表面上產生波浪會向四面八方蔓延，接受相同的行為。在哪里兩波滿足在步驟中，他們將會添加在一起，使波波更大的建設性干涉。不同步的碰撞波將取消彼此通過破壞性的干涉和產生水平表面在水面上。

更多的證據為光具有波狀性質的時候發(fā)現(xiàn)了一束光之間交叉偏振器的行為是仔細審查了 （圖 7）。偏光濾鏡有**的分子結構，它允許具有單一取向通過僅有的光。換句話說，偏光片可以被視為一種特殊的分子百葉簾有小行面向單一方向內的偏光材料的板條。如果一束光允許偏光片的影響，只有光線面向平行偏振方向是能夠穿過偏光片。如果第二個偏振器位于背后的*次和面向同一方向，然后光通過*偏振器還通過將第二個。

然而，如果第二個偏振器的旋轉是以很小的角度，將會下跌的光通過量。當?shù)诙€偏振器旋轉所以方向是垂直于基板的*次用偏光片，然后通過*偏振器的光都不會通過第二個。這種效應很容易解釋用波理論，但沒有操縱的粒子理論可以解釋如何光阻止第二個偏振器。事實上，將是以后的影響粒子理論，也不是不可以足以解釋干涉和衍射的發(fā)現(xiàn)是同一現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。

用偏振光觀察到的影響是光組成的橫波在垂直于傳播方向的組件的概念發(fā)展的關鍵。每個橫向組件必須有一個特定的方向方向，使它要么通過或可以被阻止，以一個偏振片。只有那些具有偏振鏡與平行的橫向分量波將通過，和所有其他人將會被阻止。

19 世紀中葉，科學家們正越來越多地相信波狀特征的光，但仍那里一個霸道的問題。到底什么是光？當它被發(fā)現(xiàn)由英國物理學家 James 克拉克 · 麥克斯韋所有形式的電磁波輻射代表一個連續(xù)的光譜，和在相同的速度在真空中傳播取得了突破： 每秒 186000 英里。麥克斯韋爾的發(fā)現(xiàn)有效地釘棺材的粒子理論，20 世紀的黎明時分，好像終于回答了光和光學理論的基本問題。

個重大的打擊，對波理論在幕后發(fā)生在 1880 年代后期，當科學家首次發(fā)現(xiàn)在一定條件下光能把電子從原子的幾種金屬 （圖 8）。雖然在*次只是好奇的無法解釋的現(xiàn)象，它很快被發(fā)現(xiàn)的紫外線照射可減輕中種類繁多的金屬產生積極的電荷的電子的原子。德國物理學家 Philipp Lenard 成為了這些意見，他被稱為光電效應的興趣。萊納德用棱鏡來拆分成其組件的顏色，白色的光，然后有選擇性地集中到驅逐的電子金屬板上的每種顏色。

萊納德的發(fā)現(xiàn)相混淆，使他感到驚異。為一個特定波長的光 （藍色，例如），電子生產恒電位或固定的數(shù)量的能量。減少或增加的光量產生相應增加或解放，電子的數(shù)量在減少，但每個仍維持相同的能量。換句話說，逃離他們的原子化學鍵的電子有依賴于波長的光，不是強烈的能量。這是與什么會預期從波浪理論。萊納德也發(fā)現(xiàn)波長和能量:更短的波長之間的聯(lián)系產生電子具有更大的能量。

光與原子之間的連接的基礎是在 19 世紀早期，William 海德沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)太陽的光譜不是連續(xù)的帶的光，但包含幾百個失蹤波長時鑄的。500 多窄行對應的失蹤波長被映射由德國物理學家約瑟夫 · 馮 · 弗勞恩霍夫，字母分配給*大的差距。后來，人們發(fā)現(xiàn)差距由從吸收特定波長的原子在太陽的外層。這些意見是原子和光，之間的*次聯(lián)系的一些雖然產生的根本性影響當時不被了解的時間。

1905 年，阿爾伯特 · 愛因斯坦假設光實際上可能會有一些粒子性，無論是類似波的性質的壓倒性證據。在制定他的量子理論，愛因斯坦提出數(shù)學上附著在金屬中原子的電子可以吸收光 （*次被稱為量子，但后來改為一個光子） 的特定數(shù)量，并因此有逃脫的能源。他還推測，如果一個光子的能量與波長成反比，然后更短的波長會產生電子具有更高的能量，事實上承擔的萊納德的研究成果從一個假設。

愛因斯坦的理論被凝固在 1920 年代由美國物理學家 Arthur H.康普頓，證明光子具有動量，物質和能量是可以互換的理論支持的必要的實驗。大約在同一時間，法國科學家 Louis 維克多 · 德布羅意提出所有的物質和輻射有類似于一個粒子和波的屬性。德布羅意，下列馬克思 · 普朗克的鉛，推斷出有關質量和能量，包括普朗克常數(shù)的愛因斯坦的**公式：

其中E是能量的粒子， m的質量， c是光速， h是普朗克常數(shù)，和ν是頻率。德布羅意的工作，涉及的能量和質量的一種粒子的波的頻率，是領域的發(fā)展的一個新，*終將用來解釋光的波狀和粒子的性質的根本。量子力學誕生從研究的愛因斯坦，普朗克，德布羅意，波爾、 埃爾溫 · 薛定諤，和其他人試圖解釋如何電磁輻射可以顯示什么現(xiàn)在被稱為二元性或顆粒狀和波浪狀的行為。在時間光的行為作為一個粒子，而在其他時間像波一樣。可以采用此補充，或雙，角色行為的光用來描述所有的已知特征的有實驗中觀察到，從折射、 反射、 干涉、 衍射、 到結果與偏振光和光電效應。光的性質相結合，一起工作，讓我們觀察宇宙的美。