光的本质是什么？波粒战争

大家好，我是XXX

今天开始，要给大家带来一个全新的系列视频介绍一场物理界的世纪大论战，这也许是物理史上持续时间最长，争论程度最激烈的论战了。他不但贯穿整个光学的发展过程，还使整个物理学发生了天翻地覆的变化。这就是著名的波粒战争，争论的主题就是光的本质到底是一种波还是一种粒子。

说道这场战争的起源啊，就不得不先介绍一个噩梦般的男人笛卡尔。为什么说笛卡尔是噩梦般的男人呢？还记得高考数学试卷第20题的解析几何么？不知道各位观众老爷们怎么看，反正对于我来说解析几何是我心中永远的痛。而被誉为解析几何之父的笛卡尔就是这个噩梦的筑梦人。

这个噩梦般的男人，在17世纪初发表的巨著《方法论 》的附录《折光学》中，阐述了光粒子说并提出了光波动说的猜想。

光粒子说，历史悠久，最早可以追溯到古希腊时期。当时人们信奉着“四元素说”，认为这个世界是由土、气、水、火四种元素组成的。文化的发展是有相似性的。这个四元素说是不是听着特别耳熟？没错，这和我国古代的阴阳五行非常相似。

而粒子说也非常符合“四元素说”的元素思想。因此，古希腊人一直认为，光是由粒子组成的。

并且粒子说也可以非常好的解释光的直线传播和光的反射现象。

但笛卡尔却确认为，光是一种压力，在媒介里传播。

很快这个学说就被一位意大利的数学家马格里第的实验所验证，这就是光的衍射实验

········ 衍射实验

但是波动说却有着一个致命的漏洞，水波的传播介质是水，声波的传播介质是空气。那光波的传播介质究竟是什么呢?

波动阵营科学家们绞尽脑汁也没能找到，最终只能假设一种看不见摸不着的物质作为光传播的介质，并且给这个介质起了一个十分响亮的名字 -- 这就是大名鼎鼎的“以太”。

这些科学家们也没有想到，这如梦似幻的以太 成为了后世 粒子大军 攻击波动学说 最强有力的武器。

好~ 既然粒子说和波动说都已经介绍完毕，下面我们回归正题，开始讲述波粒战争，这场旷日持久的世纪大战。

整个波粒大战共分为三个阶段，我会逐一为大家讲解。

第一个阶段是 从17世纪中页开始的 第一次波粒战争，这也是波动学说和粒子学说的首次交锋。

第一次波粒战争的导火索是波义耳在1663年提出的一个理论。他认为我们看到的颜色并不是物体本身的属性，而是光照射在物体上才产生的效果。你看到的颜色之所有不同，是因为光的频率不同引起的。

本来呢，这个理论跟波动和粒子两大阵营，一丢丢关系都没有，可是历史就是这样， 一只亚马逊热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，都可能在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。

这场龙卷风的始作俑者就是波动阵营的先锋 —— 罗伯特胡克。

罗伯特·胡克，是波义耳的实验助手同时也是英国皇家学会（FRS）的会员。他对波义耳的理论非常感兴趣，并且进行了更加深入的研究。根据他的判断，光必定是某种快速的脉冲，于是他在1665年出版的《显微术》中明确地支持了光的波动学说。《显微术》是一本划时代的伟大著作，不但为胡克赢得了世界性的学术声誉，同时也使得波动说得到了广泛的认可。

粒子大军被大将胡克逼的节节败退，眼看就要退无可退之时，粒子阵营中，一位年仅29岁的默默无闻的年轻科学家却凭着一己之力扭转了整个战局的发展。

1672年一位刚刚加入英国皇家学会的年轻人，给学会秘书写了一封关于光和色的信，并且在信中详细记录了其所完成的光的色散实验。可以说这封信，吹响了粒子阵营反击的号角。

这位年轻人，就是被后世评价为 “ 将世界上的一切天才放在一起，也应是他们中的佼佼者 ”的 艾萨克·牛顿。

········ 光的色散实验······

凭借这个实验，牛顿得出了光是有七彩光混合而成的结论。在牛顿的理论中，把光的复合和分解被比喻成不同颜色微粒的混合和分开。

可是波动大军的优势岂是一封信就可以扭转的。更何况当时的牛顿还只是一个建树不多的年轻后辈。

但是牛顿的粒子说还是赢得了部分科学家的认可。粒子阵营也算是勉强的地抵御了胡克率领的先锋部队攻击。

之后，波粒两方阵营也进入了一个短暂的和平时期，粒子大军的新生力量牛顿的研究重心也转移到了力学和数学方面。并与1687年发表了其煌煌巨著《自然哲学的数学原理》，其中阐述的牛顿三定律更是奠定了经典力学的基础。并且牛顿还独立创造了微积分，如果说，解析几何是高中时代的噩梦，那微积分（高等数学）无疑就是无数理工科大学生心中永远痛。如果你的曾经挂过高数请在弹幕中打出求过~~~

当然，莱布尼兹和牛顿都独立发明了微积分，我们现在大学课本中使用的符号，其实沿用的是莱布尼兹版本的微积分。

扯远了~~ 言归正传，我们继续来讲波粒战争。

例子阵营的牛顿在这段和平时期，一直“不误正业”。但是波动阵营却一直没闲着。

波动阵营又培养了一员大将， 克里斯蒂安· 惠更斯。提到惠更斯你可能不熟悉，但是提到他发明的动量守恒定律相信学过高中物理的你一定还印象深刻，惠更斯生于荷兰，是英国皇家学会第一位外籍会员，1666年刚成立的法国皇家科学院就选 他做为院士 。惠更斯继承了胡克的思想，认为光是一种在以太里传播的纵波。并且用自己的理论成功地证明和推导了光的反射和折射。

1690年惠更斯的 著作《光论》出版了。这标志着波动说在这个阶段达到了一个兴盛的顶点。波动阵营的疆域也得到了前所未有的扩张。

可是不要忘了，粒子阵营中可是站着一位光芒万丈的人物，牛顿。这位在波粒战争中沉默许久的伟人，决定给波动学说好好上一课。

1704年继《原理》之后牛顿的又一部煌煌巨著《光学》横空出世，在之后的一个世纪中，它都被奉为不可撼动的金科玉律，被人们广为传诵。在《光学》中牛顿详细的阐述了光的色彩复合和分散，并且从粒子的角度解释了衍射实验中发现的种种现象。

惠更斯的《光论》和牛顿的《光学》两本光学著作分别从波动说和粒子说两种理论解释了光的折射和反射现象。作为一位萌新的科普UP主。如果本期视频，点赞超过1万。我会把这两本书买回来，专门做一期对比，看看惠更斯和牛顿是如何用不同的理论解释光的折射和反射现象的。

虽然波动和粒子学说都有各自的追随者，但是此一时彼一时，此时的牛顿已不再是那个默默无闻的少年，经过《原理》和微积分的淬炼，牛顿早已功成名就，当时的牛顿已经是英国皇家学会的会长，英国国会议员。

《光学》的发表重创了波动阵营，也标志这第一次波动战争以粒子学说的胜利告终。在此之后的整整100多年中，波动阵营都只能在牛顿的光芒下蜷缩在阴暗的角落里惶惶不可终日。

波动学说是否真的永无翻身之日，它翻身的契机又会从何而来。

欢迎大家期待波粒战争第二期，波动阵营的绝地反击。

今天的视频就到这里了，谢谢大家，我是XX 如果你喜欢我讲的故事，请长按点赞 一键三连。

谢谢大家~~

光粒子学说对 折射的解释

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为什么变速

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牛顿光学

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