1704年，牛顿出版了《光学》一书，系统阐述了他的微粒学说。由此，科学史上著名的波粒之争拉开了序幕，微粒说的对手是与牛顿同时代著名物理学家惠更斯提出的波动说。这场旷日持久的争论几经反复，经历了经典力学从兴起到衰落的整个历史时期，一直延续到量子力学时代。

在科学世界中没有权威，不同观点的争论是再正常不过的事情。但是，这场光的波粒之争却有一点不同寻常。争论的议题是如何运用牛顿力学理论解释光的运动现象，最终的结论却是牛顿力学不适用于光学。结论与题目并不对应，从结果来看，当年首先谈论的问题不应该是“牛顿力学是否适用于光学”吗。难道，那时的科学家们对这个更根本的问题都没有产生疑问吗？答案是肯定的，18、19世纪的科学家们都认为牛顿力学可以解释光的运动，实际上，他们相信牛顿力学可以解释自然界中所有的运动现象。

这场争论源于牛顿力学的巨大成功。自古希腊以来，一直有人尝试把看起来纷繁复杂的自然现象归结为几个简单的基本概念和关系。万有引力理论完全符合这样的条件，牛顿力学的伟大成就暗示，自然界所有运动现象都可以用引力或斥力的作用来解释，这些力只依赖于距离，并且作用于不变的粒子之间。

人们尝试将这种思想延申到物理学的所有分支，在研究布朗运动时，人们只能观察到花粉粒子在水中的不规则运动，最精密的光学显微镜也无法直接观察到水分子。科学家们采取的办法是假设水中存在一种很微小的粒子，可能就是构成水的分子，它们从各个方向撞击花粉粒子，这种碰撞并不均匀，因其不规则性和偶然性而无法达到平衡，才表现为人们看到的布朗运动。在分析气体热运动时，科学家们也采取了同样的方法，即假设气体是由微粒构成，并相互吸引或排斥。运用这种方法，科学家们成功的将热现象和布朗运动纳入了力学范畴。

当人们研究光现象时，很自然的也采用了这种方式，但是，效果却很不理想。牛顿利用三棱镜将白光分散为从红到紫的单色光，并且通过实验证实这些单色光不能进一步分解，并且可以重新聚合为白光。牛顿由此提出了光的微粒说，白光是由属于不同颜色的微粒组合而成的，每一种单色光都对应一种微粒。那么，究竟白光中包含多少种微粒呢？不知道，因为可见光的光谱是连续的，需要许多种微粒去对应，这种假设让人很不舒服。此外，微粒说对光的折射现象的解释也很牵强，当光的微粒进入玻璃，玻璃中的物质粒子施加的力作用于这些光微粒，使得光在玻璃中改变运动方向和速度。但是，有一点让人感到疑惑，就是这种力只在玻璃与空气的交界面起作用。

显然，像对待热和布朗运动一样，假设存在新的粒子，并用引力或斥力的作用解释光的运动难以令人满意。与牛顿同时代的惠更斯提出了一种全新的理论，按照惠更斯的说法，光是一种波，它是能量的迁移而不是实体的迁移。波动说不需要引入无数种光微粒去对应光谱中极多的颜色，不同的单色光具有不同的波长解释色散也比微粒说更加自然。

波动说最大的问题是承载光波的介质是什么，星辰发出的光波如何能够穿越真空到达我们的眼睛。以太，就是惠更斯的回答，他假设宇宙中充斥着这种透明的实体，光波就是依赖以太进行传播的。以太假说从提出之日就备受质疑，就连那些坚信以太真实存在的人也无法清晰的描述它，比如以太是如何由基本粒子构成的，它应该在哪些现象中显示自己。

其实，波的概念也属于牛顿力学范畴，因为所有的波都必须在物质性的介质中才能存在，波是由介质粒子的振动引起的，波的运动现象可以归因于介质粒子的运动和相互之间的作用力。因此，需要对以太做出力学解释。以太充满宇宙空间，天体在以太物质中运行却没有受到任何阻碍，说明以太粒子与其它粒子之间没有任何相互作用。但是，光可以穿过玻璃，也就是说以太粒子的振动可以引发玻璃粒子的振动，使得光波可以从以太运动到玻璃之中。这一事实如何用力学方法解释呢？我们似乎只能假定，以太粒子与玻璃粒子之间存在着某种相互作用。这两种现象对以太的性质提出了相悖的结论，显然，以太假设难以自圆其说。

归根结底，无论是微粒说还是波动说，都是力学观念的不同表现。这场光的波粒之争表明牛顿力学应用于光学时遇到了巨大的、难以克服的困难，人们为了证明光的运动符合力学原理，不得不加入人为的、牵强的假设，这些假设却带来了更多的问题，而解决问题的尝试都失败了。所有这些似乎都在暗示，错误可能在于一条更基本的假设，即可以用一种力学观念解释所有自然现象。最终，人们不得不放弃，今天已经没有科学家相信它有可能实现了。