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[光]光是什么，无数学者和科学家都在思考的一个“奇怪”的问题！( 二 )



杨首先把光和声波进行对比 ， 认为光在叠加后也有增大或减小的现象——光的干扰 。 他做了著名的杨氏双缝干涉实验 ， 在理论上迈出了关键一步：光不是纵波 ， 而是横波（传播方向与振动方向垂直） 。 十年后 ， 法国土木工程师菲涅尔充分发挥业余兴趣 ， 从理论上对光的干涉进行了预测 。 在理解了托马斯杨的工作之后 ， 他进行了实验验证 ， 并成功地建立了光的横向传播理论 。 之后 ， 波动派终于再次崛起 ， 继续向前发展 。

[光]光是什么，无数学者和科学家都在思考的一个“奇怪”的问题！
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19世纪末 ， 法拉第等人对电磁学的深入研究使人们初步形成了一个概念：光实际上是一种电磁波 。 1872年 ， 麦克斯韦用四个方程完美地解释了所有的电磁现象 ， 并推导出电磁波是以光速存在和传播的 。

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我们看到的可见光实际上只是一种电磁波 。 1888年 ， 德国赫兹通过一系列实验证实了电磁波的存在！光不仅是波 ， 而且是电磁波 。 除了光 ， 无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、伽马射线等都是电磁波 。 它们之间的区别在于它们有不同的频率 。 到目前为止 ， 波动理论是完善的 。
“波动说”的烦恼
然而 ， 最完美的理论也是有缺陷的 。 人们总是困惑于这样一个问题：既然光是波 ， 那么什么是传播光的载体？

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笛卡尔说是以太 ， 那么以太是什么？为什么我们人类看不见？以太 ， 源于希腊语 ， 最初指的是神在天空中呼吸的空气 。 无色、无味、无声、无所不在于宇宙间的物质 。 孔子的“仁” ， 墨子的“兼爱”、佛教的“慈悲”、基督教的“灵魂” ， 都是以太功用的结果 。 简而言之 ， 以太是过去和未来最神秘的物质 。 寻找以太的过程也充满了哲学和宗教的感觉 。 以太已成为19世纪物理学家谈论最多的话题 。 根据已知的光的性质 ， 推测以太是传播剪切波的固体介质 ， 是一个绝对静态的参照系 。
但是由此一来 ， 固态的以太则可能影响天体的自由运动 ， 而横向的振动也很可能引起纵向的振动 。 在关键时刻 ， 还需要实验来说话 。 1887年 ， 迈克尔逊和默里进行了“以太漂移”实验 。 这是一个非常微妙的实验：如果地球相对于绝对静止的以太运动 ， 那么如果光沿着这个方向运动 ， 那就是光速和地球运动速度的叠加 ， 并且沿着这个方向的传播速度更小 。
通过测量两束光形成的干涉条纹数 ， 可以准确地得到两束光之间的光程差 ， 进而得到两束光之间的速度差 。 因此 ， 只要在不同方向上测量干涉仪 ， 就可以确定地球相对于以太的速度方向和大小 。
结果出乎所有人意料之外——光速沿任何方向几乎不变 ， 换句话说 ， 以太是不存在的！人们开始惶然不知所措 。 事实上 ， 在实验结果出来之前 ， 瑞士某专利局的一名小职员就指出 ， 如果放弃所谓绝对时间之类的概念 ， 那么绝对静止的参照系——以太的概念也可以扔掉 。 人们要接受光速不变原理 ， 那么就可以得到物体在接近光速情况下高速运动的物理、学 ， 在那里运动的钟会变慢 ， 运动的尺子会缩短 。 这个新物理学叫相对论 ， 那位叫爱因斯坦的小职员作为20世纪最为卓越的物理学家开创了现代物理新世界 。

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波动说的烦恼还不仅仅在于找不到“以太”这个载体 ， 更可怕的乌云一朵接一朵地飘来 。 当时的实验还有另一个现象：当用紫外线照射两个金属球时 ， 电火花似乎更易出来 ， 即光对金属的照射可以产生电子 。 这就是光电效应的发现 ， 爱因斯坦后来对其做出了解释 ， 他认为光以粒子形式入射到金属上 ， 金属电子将吸收其能量并逃逸出来 。 光的微粒说再次浮出水面！爱因斯坦把光的微粒叫做“光子” 。


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