深度剖析光的本質：波還是粒子？（超過1萬字，請保持耐心）

故事很長，長達幾百年的爭論，幾乎物理學所有大牛都加入了進來：

物理學發展到17世紀，才算是真正的撥開了迷霧。在那個開宗立派的名字閃閃發光之前，已經有很多拓荒者了。在這個科學的洪荒時代，數學和物理是不分的，他們都是研究上帝為人間制定的規律的人。

在上初中的時候，我們將開始學習解析幾何的知識。相對于學習平面幾何時，我們可以用現實中的場景去理解。解析幾何更為抽象，也更為數學化。如果以后進入初中，一定要記住解析幾何的感覺，這是進入數學的真正大門的第一步，把現實問題翻譯成數學語言，然后不用考慮現實中的問題，用純數學的方法解決這個問題。

這門學科，是一個叫笛卡爾的法國人開創的，所以解析幾何用的坐標系，也被稱為笛卡爾坐標系。

前面我們知道斯涅爾總結出了折射定律，斯涅爾用了大量的實驗總結出來的定律，笛卡爾用解析幾何的辦法，在純數學的角度推出了折射定律。

笛卡爾對于光提出了兩種假說：一種假說認為，光是類似于微粒的一種物質；另一種假說認為光是一種以“以太”為媒介的壓力。

光的微粒說和波動說在笛卡爾的假說里，埋下了伏筆，也從此開始了幾百年的大爭論。

1655年，意大利波侖亞大學的數學教授格里馬第在觀測放在光束中的小棍子的影子時，首先發現了光的衍射現象。據此他推想光可能是與水波類似的一種流體。

1663年，英國科學家波義耳提出了物體的顏色不是物體本身的性質，而是光照射在物體上產生的效果。他第一次記載了肥皂泡和玻璃球中的彩色條紋。

誰也沒想到，這是第一次光的波粒戰爭的導火索。

波義耳的實驗助手胡克重復了格里馬第的實驗，并通過對肥皂泡膜的顏色的觀察提出了“光是以太的一種縱向波”的假說。根據這一假說，胡克也認為光的顏色是由其頻率決定的。

胡克在當時是非常有名的科學家，他涉獵廣發，在很多領域都有研究，但是他在研究方向太雜，沒有專注于某一兩個擅長的領域，導致他很少有突破性的研究。而且很多研究方向，已經摸到了突破的邊緣，但是沒有進一步深入。

在當時，胡克最擅長的是光學和儀器設計。他設計制造了真空泵，顯微鏡和望遠鏡。

他在1665年出版了《顯微術》一書，《顯微術》是一本劃時代的著作，這本書詳細描述了他利用顯微鏡觀測所得，細胞一詞就是他命名的，這本書為胡克贏得了世界性的學術聲譽，在這本書中，胡克明確的支持了光的波動學說。

然后，胡克命運中天生的克星，一個劃破天空的名字開始登上了科學的歷史舞臺。也讓第一次光的波粒之爭，開啟了大幕。這個名字叫——牛頓。

物理學發展到17世紀的下半個世紀，在這座天空劃過一道閃電，一個金光閃閃的人物出現了，他的名字叫牛頓。

那首著名的詩文足以形容他的偉大之處：自然和自然的法則隱藏在黑暗中，上帝說，讓牛頓去吧，于是一片光明。

牛爵爺到底有多牛，我們已經介紹過，就不多說了。他在物理學里的地位相當于儒家的孔子，道家的老子。

在那個科學的洪荒時代，只要是個科學家，都不會只涉獵一個領域，牛爵爺也不例外。他不但一手創立了牛頓力學體系，奠定了近代物理大廈的根基，還是數學領域的超級大牛，而對于光學，牛爵爺也沒拉下。

1672年初，剛剛嶄露頭角的牛頓，因為制造了一臺望遠鏡當選為英國皇家學會的會員。

在伽利略發明望遠鏡之后，天文學取得了飛速的發展，地心說也因此破產。但是，天文望遠鏡的制造卻遇到了瓶頸。

傳說伽利略用望遠鏡觀察星空的時候，開普勒跟他借望遠鏡，伽利略不愿意借，但是開普勒就是造不出這個望遠鏡。

制造望遠鏡需要磨制鏡片，而磨制鏡片在當時是一門高深的技術活，不是什么人都能做的，也不像現代社會有各種機器可以打磨鏡片。當時的科學家只能靠自己磨制鏡片，但是動手這件事情，不是所有人都擅長的，于是很多科學家可以設計望遠鏡，但是卻做不出來。

前文提到的胡克，就是一個擅長磨制鏡片的高手，所以他在光學和儀器方面是一個權威。

而牛頓，在制作望遠鏡的過程中，試了很多次，就是磨制不出合適的鏡片。

但是天才就是天才，既然做不到，那么我干脆徹底改變這個模式好了，于是牛頓改了流行的望遠鏡設計。

之前的設計是折射式望遠鏡，需要多個凹面鏡，增加了望遠鏡的制作難度。而牛頓，設計了第一個反射式望遠鏡，只需要一個凹面鏡，這樣就大大簡化了望遠鏡的制造難度，也縮短了望遠鏡的長度。

當時的牛頓才29歲，年輕氣盛，正準備在光學和儀器方面大展拳腳。他提交給皇家協會的第一篇論文的內容是關于他所做的光的色散實驗。

光的色散實驗，現在我們在小學的時候就會接觸到。一束光照射到三棱鏡上，會分解出紅橙黃綠藍靛紫七種色彩。之前也有人發現光折射之后會產生不同的顏色，但是牛頓是第一次把這個實驗精確呈現的人。

傳說他為了做這個實驗，在炎熱的夏天，把自己關在一個完全封閉的黑色屋子里，只留了一個小孔透過一束白光。當時可沒有空調，牛頓汗如雨下的做了這個實驗。

當這束白光透進漆黑屋子里的三棱鏡，在墻上呈現出美妙的光譜時，強烈的光照對比，讓這個實驗被譽為物理學最美實驗。

在牛頓提交的關于這個實驗的論文中，牛頓提出光是一群不同色彩的微粒，復合而成，在碰到三棱鏡之后，又分解為不同顏色的微粒。

他的這篇論文被交給三個人評審，這三個人包括胡克。前面我們知道胡克最擅長的就是光學和儀器制造，現在牛頓的反射望遠鏡比胡克的先進，又在光學上第一次提出了光的色散實驗。這讓他感受到了威脅，胡克聲稱，牛頓論文中關于光的復合分解是剽竊的他1665年的思想，而牛頓提出的微粒說，完全就是個錯誤。

牛頓收到這個評價勃然大怒，花了4個月時間洋洋灑灑寫了一篇長文，對每一點都進行了反駁，并且用非常尖刻的語言炮轟胡克。這樣，一個人大言不慚在前，另一個人惡語相向在后，兩個人開始成為畢生的死敵。

當然，這只是大戰的開始，在這次事件之后，雙方互相之間發表了幾篇文章進行了論戰。隨著牛頓的注意力暫時轉移到了別的方面，也沒有正式的全面論證微粒說。而胡克，也是被牛頓激烈的言辭嚇了一跳，沒有繼續咬住不放，兩人進入了暫時的休戰。

在這期間，光的波動說的另一個大將登上科學舞臺，他就是荷蘭物理學家惠更斯。惠更斯的出現，讓第一次光的波粒戰爭走向了高潮。

十七至十八世紀，英國和法國在科學界就像是江湖上的少林和武當，分庭抗禮。一大批科學家如群星般在這兩個國家升起。

巴黎皇家科學院

惠更斯就是這個時代的一個巨星。作為一個荷蘭人，他是巴黎皇家科學院的首任院長，還是英國皇家科學院第一個外國會員。他在力學，光學，數學，天文學領域都有著很多重要貢獻，我們以后有機會會在科學家故事里詳細介紹。今天，我們還是聊聊他和光有關的故事。

在前文里，我們知道牛頓設計制造了反射式望遠鏡，讓望遠鏡制造變的簡單并且縮短了望遠鏡的長度。17世紀后半世紀，任何一個光學領域的權威，都跟望遠鏡脫不了干系，惠更斯也是如此。

與牛爵爺充滿天才的設計不一樣的是，惠更斯更簡單粗暴，他設計的“天空望遠鏡”，直接拋棄了鏡筒，把巨大的物鏡安在高塔之上，然后觀測者站在幾個街區外，手持目鏡對著物鏡進行觀測。

惠更斯望遠鏡

與胡克對很多領域都淺嘗輒止不同，惠更斯對自己研究的領域都有獨到深刻的研究。

對于光，他與牛頓有著完全不同的見解，他支持胡克的波動說，并進行了詳細的研究。

惠更斯在數學理論方面更是具有非常高的才華。除了牛頓之外，另外一個獨立發明微積分的數學家萊布尼茨，就是在惠更斯的指導下開始學習數學的。

1678年惠更斯寫了《論光》一文，以波動理論為基礎，通過數學方法反推出光的折射和反射定律。讓波動說在這場戰爭中搶得了先機。

而此時提出微粒說的牛頓，正在準備他那篇劃時代的巨著《自然哲學的數學原理》，暫時無心參與爭論。1687年，《自然哲學的數學原理》一書出版，開宗立派，奠定了牛頓在科學史上不可撼動的地位，以至于到如今，如果有人提到一本書叫《原理》，那么一定是指牛頓的這本皇皇巨著。

《原理》出版兩年后的1689年，惠更斯訪問英國，在那里遇到了牛頓。我們不知道兩位科學巨星的會面具體交流了什么，但是他們一定沒有互相說服對方。

兩人會面一年后，惠更斯出版了《光論》一書，第一次提出并給定了嚴謹、可建模的“機械波”概念，并且發表了與之配套的“惠更斯原理”

《光論》中最精彩部分是對雙折射提出的模型，用球和橢球方式傳播來解釋尋常光和非常光所產生的奇異現象，書中有幾十幅復雜的幾何圖，足以看出他的數學功底。

這本書徹底完整的建立了波動學說，波動說在這場戰役中暫時占據了上風。微粒說因為沒有一個領袖人物發展出完整的理論，處于完全的劣勢。

《光論》出版5年后，惠更斯安詳的離開了人世。而牛頓因為萬有引力和牛頓力學體系的建立，成為了當之無愧的科學界第一人。

1703年，與牛頓斗了一輩子的胡克在落寞中走完了自己68年的人生旅途。牛頓成為新的英國皇家學會主席，這個位置也讓牛頓在科學界的地位變得更為舉足輕重。

沒有人預料到，這一年會是第一次光的波粒戰爭的分水嶺。

胡克逝世后第二年，牛頓出版了巨著《光學》。

這本著作匯聚了牛頓在劍橋三十年研究的心得，從粒子的角度，闡明了反射，折射，透鏡成像，眼睛成像原理，光譜等方方面面的內容。同時也將波動說中的周期，振動等理論引入到微粒說，全面完善的補足了粒子學說。

緊接著，他將波動說無法解釋的問題一一提出，并對惠更斯的《光論》一書加以反駁。

而波動說領域已經沒有惠更斯和胡克兩大領袖，牛頓用一己之力，扭轉了光的波粒戰爭的走勢。

牛頓因為《原理》一書奠定了他武林至尊的地位，沒有人再懷疑他在光學方面的正確性。這是一次摧枯拉朽的打擊，波動派毫無抵抗節節敗退，微粒說徹底贏得了光的第一次波粒戰爭的勝利，此后的一個世紀，再沒有人對光是粒子提出質疑。

直到整整一百年后，一個叫托馬斯.楊的醫生做了一個可以進入物理學重要性前五的實驗：光的雙縫干涉。吹響了波動說反攻的號角。

1773年6月，英國一個教徒家庭誕生了一個男孩，取名為托馬斯·楊。

托馬斯·楊從一出生開始就展現了他的天賦異稟，兩歲開始閱讀各種經典，6歲學習拉丁文，14歲就用拉丁文寫過一篇自傳，16歲能夠說10種語言。后來還破譯了許多神秘的古埃及象形文字，并為埃及學的正式創立做出了突出的貢獻，他還會演奏當時幾乎所有樂器，如果單單說這段經歷，會讓人以為他是個文學天才。

羅塞塔石碑：解讀象形文字的線索

但是他其實是文理全才，他中學時讀完了牛頓的《自然哲學的數學原理》、拉瓦錫的《化學綱要》以及其他一些科學著作。為他打下了堅實的科學基礎。

長大后，受到當醫生的叔父的影響，去倫敦學醫。1794年，他21歲，由于研究了眼睛的調節機理，成為英國皇家學會會員，放到今天相當于21歲成了中科院院士。22歲的他去了德國的哥廷根大學繼續學醫，一年后就博士畢業了。

他在醫學上有很多成就，詳細研究了心臟和血管的功能，并發表了多篇論文。他還是世界上第一個研究散光的醫生，被譽為生理光學的創始人。在研究眼睛構造的過程中，他開始接觸光學上的一些基本問題。

左為正常視力，右為散光

1800年，托馬斯.楊正式在倫敦行醫，并在行醫之余，致力于科學研究。

一年后，他做了一個名垂千史的實驗，光的雙縫干涉實驗。這個實驗如此經典，以至于我們在中學學習物理的時候，是必學的實驗。這個實驗有多經典呢？

2002年的時候，美國兩位學者在全美物理學家中做了一個調查，請他們提名有史以來最出色的十大物理實驗。

楊氏雙縫干涉實驗在這十大物理實驗里竟然占據了兩席，一個是托馬斯·楊做的原汁原味的光的雙縫干涉實驗，排在第五。而另一個是根據托馬斯·楊的雙縫演示應用于電子干涉試驗，排在榜首！因為這個實驗在量子力學上有重要意義。

1807年，托馬斯·楊總結出版了他的《自然哲學講義》，里面第一次描述了這個實驗，距離牛頓發表《光學》一書已經過去了一百多年。

實驗的手段非常簡單：把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面，這樣從紙上的小孔透出來的就是一個點光源。在這個點光源后面放上一張紙，這張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光，穿過兩道狹縫投射到后面的屏幕上，會形成一排很有規律的明暗交替的條紋，這就是現在眾人皆知的干涉條紋。

楊氏雙縫干涉實驗

用微粒說是無法解釋這個實驗，因為沒有辦法解釋為什么兩束光疊加起來反而會造成黑暗。

但是波動說能夠完美解釋，這在我們中學物理上有詳細的解釋。

波有波峰和波谷，如果我們讓兩個波相遇，當兩個波的波峰或者波谷正好相遇時會相互加強，形成了亮帶，如果兩束波的一個波峰和一個波谷相遇時，他們會互相抵消形成了暗帶。

通過精確的數學計算，可以直接計算出明帶和暗帶出現的位置，和實驗結果絲毫不差。

這成為了波動說的大規模殺傷性武器，隱藏于地下的光的波動說，再一次回到了歷史舞臺，光的第二次波粒戰爭就此開啟。

但是微粒說統治了一百多年，它是如此強大，百年來人們對牛頓構建的這個世界基本原理深信不疑，所以楊的論文從一開始就受到了權威們的嘲笑和諷刺。但是隨著時間的推移，干涉條紋這個大規模殺傷性武器畢竟證據確鑿，幾乎無法反駁，最終變成了繞不過去的坎。

科學之所以是科學，就在于科學是可以被證偽的，就算你是如牛頓這樣的天神般的存在，也會因為科學事實被質疑。微粒說既然擋不住干涉條紋的質疑，就想到了用其他實驗去反對波動說，其中最知名的實驗就是馬呂斯在1809年發現的偏振現象，這一現象當時的波動說沒法解釋，于是戰局進入了僵持，雙方都無法說服對方。

關鍵的轉折點在十幾年后，科學界迎來了另一個著名實驗，這個實驗被命名為泊松亮斑實驗。泊松是一個著名物理學家，但是如果可以選，他一定不愿意看到自己的名字和這個實驗綁在一起。

1818年，法國科學院提出了一個征文競賽題目：

1：利用精確的實驗確定光線的衍射效應

2：根據實驗，利用數學歸納法推導出光通過物體附近時候的運動情況。

這個競賽評委會由許多知名科學家組成，包括拉普拉斯，泊松和比奧等微粒說的擁護者。

在法國物理學家阿拉果和安培的鼓勵和支持下，波動說陣營的一顆新星菲涅爾向科學院提交了應征論文。

在論文里，菲涅爾采用了波動說的觀點，用嚴密的數學推理，極為圓滿的解釋了光的衍射問題。

菲涅爾

這篇論文遞交到委員會的時候，遭到了委員會里堅持微粒說的科學家的反對。在委員會會議上，科學家泊松指出，根據菲涅爾的理論，用數學計算應該會看到一種奇怪的現象：

如果在一束光的傳播路徑上，放置一塊不透明的圓板擋住，在離圓板一定距離的地方，圓板陰影的中央應當出現一個亮斑。

這在人們的意識中是一種十分荒繆的事情，用一塊板子擋住光線，怎么可能在背面反而會出現一個亮斑？所以泊松認為自己已經駁倒了波動說。

在這之前，菲涅爾沒有發現過這個亮斑。從數學角度，這需要高深的數學技巧才能計算出來，泊松是當時很厲害的數學家，換了一個人可能還計算不出來這個亮斑。

評委會中的另一位科學家阿拉果在關鍵時刻堅持一定要用實驗進行檢測。

阿拉果

菲涅爾和阿拉果一起做了這個實驗，實驗出現了令人意想不到的結果，這個計算出來的亮斑真的出現了。這個亮斑也因此被稱為“泊松亮斑”，泊松本來用來打擊波動派的理論，竟然變成了支持波動學說的最有力武器。

泊松亮斑

這個著名實驗，也成為了第二次光的波粒之戰的決定性事件，菲涅爾獲得了那一屆的科學獎。

數學和物理的魅力同時出擊，讓光的微粒說開始節節敗退，無力反攻。

泊松亮斑

但是微粒說有一個堡壘一直存在，那就是光的偏振問題，之前惠更斯認為光是一種縱波，但是這沒法解釋光的偏振問題。

之后菲涅爾又創造性的提出了光是一種橫波的理論，解釋了光的偏振問題，攻克了戰役中一個非常重要的堡壘，從此以后光的波動說開始節節勝利。

縱波和橫波

大決戰的日子來臨了，那就是光的速度。根據微粒說，光在水中的速度比真空中要快。而波動說一直認為光在水中速度是要比真空中要慢的。但是因為光速實在是太快，之前一直很難測量。

1850年，傅科向法國科學院提交了他關于光速測量實驗的報告。在準確測量了光在真空中的速度之后 ，他進行了水中光速的測量，發現這個值只有真空中光速的四分之三，這一結果徹底宣判了微粒說的死刑。

光在真空中速度為299792458m/s

波動說終于在100多年后推翻了微粒王朝！

沒過多久，另一個領域又傳來了更為爆炸性的發現，讓“光是一種波”這一結論變的牢不可破。同時又埋下了一個隱患。

如果說18世紀是牛頓力學的世紀，讓科學得到了長足的發展。

那么19世紀就是電磁世紀，人類從開始接觸電，用了匪夷所思的速度迅速的發展了電磁學，世界也爆發了第二次工業革命，一個無與倫比的電氣時代到來了。

這個電磁王國是由兩個人奠定的，這兩位科學家在我們之前的文章里都介紹過。他們就是電磁學雙子星座——法拉第和麥克斯韋。

我們知道，法拉第靠著天才的物理直覺發現了電與磁的關系，締造了電磁王國的基礎。1846年，法拉第發現在磁場之中光的振動面有偏轉，這說明光和電磁現象有關。很多科學家也開始發現，光與電磁現象之間有很大的關系，但是需要一個數學天才來給出結論。

法拉第

到了1864年，麥克斯韋用他高超的數學能力，發展了法拉第的電磁理論，發表了著名論文《電磁場的動力理論》，給出了優美的麥克斯韋方程，同時提出了電磁波的概念。

他通過計算，發現電磁波的速度和光速一樣，于是提出了“光是一種電磁波”的理論。

麥克斯韋

當然，這是理論計算，沒有人看過電磁波。所以直到麥克斯韋去世，人們還在爭論麥克斯韋的理論。

當時科學界有兩種觀點，一種是韋伯的觀點，認為電磁力是瞬時傳播的，不受時空限制，另一種就是麥克斯韋的理論，認為電磁力是靠電磁波傳遞，是有速度的。

電磁波

德國小城卡爾斯魯厄，奔馳汽車的創始人卡爾·弗里特立奇·本茨就出生在這里。而這座城市，有一個比奔馳還有名的人，他的名字叫赫茲。赫茲現在是物理學上頻率的單位，這個單位在電氣時代到處出現，比如我們電腦的刷新率，用的就是赫茲為單位。

海因里希·魯道夫·赫茲

1887年，剛剛結婚的赫茲，在實驗室里專心致志的做著一個實驗，這個實驗將讓他聞名于世，并且永遠的被記錄在人類歷史中。

赫茲設計了一個電磁發生器，會產生電火花。根據麥克斯韋的理論，這個火花會產生電磁波。他又設計了一個接收器，如果電磁波傳過來，那么接收器會產生火花。

赫茲的工作就是觀察這個火花，這一看就是近兩年的時間。

1888年的一天，赫茲看到了理論中的那個小火花。

終于，人類第一次在實驗室，檢測到了電磁波。

赫茲檢測電磁波實驗裝置

同時，這也證明了麥克斯韋理論的正確性，那個優美的方程組開始在物理學史上綻放光芒，影響后世直到今天。

經典物理大廈的另一座豐碑建立起來了，這個由法拉第打下地基，麥克斯韋建造主體，最終由赫茲封頂的豐碑，影響如此深遠。

在赫茲宣布發現電磁波六年后，馬可尼發出了第一封無線電報，從無線電報到如今我們用的手機通訊，全部都依賴電磁波的應用。

如果沒有電磁波，我們這個世界很難如此便利的遠距離通訊，地球也不會真正成為一個地球村。

赫茲通過實驗數據，經過數學處理，得出了電磁波的速度。與麥克斯韋的預言驚人的一致，電磁波的速度與光速相等。

原來光并不神秘，它就是一種電磁波。只不過，光剛好落在我們可以看到的頻率，能夠被人類的眼睛觀察到。而其他的電磁波，人類看不到。

其后，人們通過各種實驗，進一步驗證了電磁波和光一樣擁有反射，衍射，干涉等特性，這些實驗進一步證實了電磁波和光的一致性。

隨后，從微波到X射線，從紫外線到紅外線，從伽馬射線到無線電波，整個電磁大廈變的金碧輝煌。而之前的主角，光，也只是電磁帝國下面的一個小小分支。

電磁波家族

至此，光是一種波的結論已經變的牢不可破。

只不過，有一個小小的陰影，隱藏在黑暗中。在電磁波實驗中，赫茲發現了一個奇怪的現象，在后世被稱為光電效應。當然那會還不叫這個名字，因為人們還沒有發現電子，赫茲忠實的記錄了這個現象。

但是他已經沒有時間去研究了。宣布發現電磁波五年之后，赫茲因為敗血癥英年早逝。

誰也沒想到這個小小的陰影將帶來下一個世紀物理學革命的到來，赫茲為經典電磁理論封頂，同時又埋下了推翻這座豐碑的種子。

光電效應

赫茲在做電磁波實驗的時候，發現了一個奇怪的現象。

為了能更清楚的看到電火花，他把這個實驗放在完全黑暗的盒子里，此時卻發現電火花的能夠傳遞的距離縮小了，必須讓兩個小球之間的距離變的更短才能接收到電火花。如果有光照的話，反而接收器更容易接收到電火花。

赫茲對這個現象百思不得其解，寫下了一篇論文《論紫外光在放電中產生的效應》，赫茲發現如果有紫外線照射實驗設備，會讓實驗效果更好。在當時，這個論文沒有引起太多的關注，因為電磁波是個更激動人心的發現，因為電磁波的發現，出現了一系列重大發明，里面蘊含著巨大商機。

就連赫茲自己都不知道，他已經觸摸到了量子物理的潘多拉魔盒。

當然，還是有一些潛心研究的物理學家，對這個現象產生了興趣，做了一系列實驗。

人們發現只要紫外線照射金屬表面，金屬表面就會帶正電，好像負電飛走了一樣，當時還沒有發現電子，只能說是負電失去了。不同的金屬效果也不一樣，鉀鈉鎂鋁這類活潑金屬更容易失去負電。

1897年，湯姆遜在研究了陰極射線后發現了電子，人類開始使用電子的概念，來描述之前的負電。

上面的實驗也有了進一步發展，人們終于搞清楚，當紫外線照射金屬表面時，會讓金屬里的電子不知道出于什么原因，逃出金屬表面，因為光和電這種奇妙聯系，人們給這個實驗取了一個名字“光電效應”。

隨著實驗越做越多，人們的困擾也越來越多。光能否從金屬表面把電子打擊出來，只跟光的頻率有關系。如果頻率不夠高，照一年也照不出電子。而且這跟光的強弱無關，最弱的紫外線也能打擊出電子，再強的紅外線也做不到這一點。

沒人知道，這是什么原因。

我們暫時拋開這個問題，去迎接20世紀的到來，一個嶄新的時代開啟了。

19世紀剛過，一個不算年輕的科學家走上歷史舞臺，他的名字叫普朗克。1900年，普朗克在研究物體熱輻射的時候發現，只有假定電磁波的吸收和發射不是連續的，而是一份一份的，計算的結果才能與實驗結果相符。

1900年12月14日，人們正在準備歡度圣誕節。這一天，普朗克拋出了他那篇名垂青史的《黑體光譜中的能量分布》一文，提出了能量子的概念，后來被改名為量子，這一天后來被認為是量子物理的誕生日。

普朗克

這個量子是能量的最小單位，能量的傳遞不是連續的，在細分到一定程度之后，不能再分割。所有的能量都是以這個量子為基本單位的整數倍，我們可以傳遞1個量子，一千個量子，但是不能傳遞半個量子也不可以傳遞999個半量子。

量子概念的提出，是開天辟地的，因為這顛覆了人類的認知。物理學發展到這會，人們有一個從來沒有懷疑過的概念，那就是我們的世界是連續的。這是自牛頓創世以來幾百年，物理學中被認為堅不可摧想都不用去想的一個概念。

但是普朗克提出的概念，說的是我們這個世界不是連續的，是一份一份的。

如同一顆驚天炸雷響徹世間，量子物理的潘多拉魔盒被打開了。

當然，推翻經典物理的基石沒有這么容易。就是普朗克自己都不愿意對這個問題做深思，只是把這個作為數學上為了方便計算引入的一個概念。他被這個離經叛道的概念深深困擾，以至于他自己都在不斷強調，這只是一個概念，不要想太多。

在普朗克發表他這篇論文的同一年，一個青年人大學畢業了，他正在為生計發愁，因為他找不到工作。待業了將近一年后，在一個朋友的幫助下，他找到了一份專利局的技術員的工作。在專利局期間他用大把大把的時間思考最前沿的物理問題。幾年后，這個專利局的技術員震驚了世界，他的名字直到一百年后的現在，變的家喻戶曉，這個名字叫愛因斯坦。

年輕時候的愛因斯坦

1905年，這一年在物理學史上有個專門名稱——“愛因斯坦奇跡年”。整個物理學史上也許只有牛頓在鄉下躲避瘟疫的那一年可以媲美。

這一年愛因斯坦發表了五篇論文，還有一篇是下一年年初發表，如果不嚴格定義，那就是六篇論文。每一篇都是驚世之作，都能夠去角逐諾貝爾獎。

其中一篇叫做《關于光的產生和轉化的一個試探性觀點》，這篇論文中，愛因斯坦從普朗克的量子假設出發，解釋了光是一群離散的量子，而不是連續性的波，每一個量子擁有的能量等于頻率和普朗克常量的乘積。

只有當單個光量子達到一定的能量級別才能夠讓金屬表面的電子逃逸，造成光電效應。如果單個光量子達不到這個能量級別，照射再多也沒有用，完美的解釋了光電效應的問題。

當然，理論的提出并不會讓人就立即接受。

就像麥克斯韋預言了電磁波，直到赫茲找到電磁波才能讓世人接受。

過了十年多，美國科學家密立根發表了一個實驗結果，證明了愛因斯坦對光電效應的解釋，并重新測量了普朗克常數。這之后，到了1921年，愛因斯坦因為光電效應獲得了諾貝爾獎。

光是一種電磁波這個結論變得不可動搖的時候，光量子的提出，又讓大戰一觸即發，光如果是一種波，那么光量子算什么？

光到底是波還是粒子？這個問題已經變的糾纏不清了，波動派有強大的理論和實驗支持，微粒派也有強大的理論和實驗支持。雙方決定握手言和，得出了最終的結論，光具有波粒二象性，既是波又是粒子。

不止是光具有這個特性，之后掀起滔天巨浪的量子物理里，所有微觀的粒子都具有波粒二象性。至此，光學之爭，也算基本結束了。

而人類踏入了新的理論領域，量子物理席卷了整個物理學，這里是一個跟我們常識完全不同的領域。

我們在經典物理中學到的很多東西，在量子物理領域都是不成立的，未來合適的機會，我們會一起了解這塊神秘的領域。

這幾百年的光之戰爭，幾乎物理學的每一個大神都牽扯了進來，他們用自己的智慧和執著，去孜孜不倦的探索這個世界的本源，推動了整個社會不斷的進步。

到如今依舊有很多未解之謎，但是人類不會停止探索。也許未來有一天，聽我們說這段歷史的你也會變成那顆閃閃發光的巨星！！