大学物理第5章：波动光学，牛顿光粒说与麦克斯韦理论解析

光学是物理学各学科中最古老的学科之一。光学的发展已有三千多年的历史，一直可以追溯到公元前一千多年。但直到17世纪前半叶，人们对于光的认识仅限于光的直线传播及光的反射、折射现象，而未涉及光是什么这个问题。

17世纪下半叶，牛顿提出光的微粒说：光由微小的物质颗粒组成，粒子在均匀媒质中按力学定律做匀速直线运动。光微粒极轻，因此地球对它的引力根本表现不出来。根据微粒说，牛顿很容易地解释了反射定律（粒子与壁的弹性碰撞），但解释折射定律便显得牵强（假设当粒子撞在光密介质表面的瞬间，介质会对粒子施加一个瞬时的吸引力，从而使光偏离原来的飞行方向）。

在牛顿发表光的微粒说10年之后，惠更斯提出了光的波动说，他把光看成是机械振动在一种假想的特殊媒质（以太）中的传播，并由此解释了一些常见的光的现象。但在当时由于牛顿所具有的巨大的权威使得这一理论并未引起大多数人的重视。直到19世纪初，托马斯·杨通过双缝干涉实验，观察到了直边干涉现象，为波动说提供了充分的实验依据。1815—1826年，菲涅尔完成了关于光的波动说理论，波动说逐渐代替了微粒说。(www.xing528.com)

19世纪中叶，麦克斯韦在电磁场理论的基础上提出了光的电磁波理论，人们才逐渐认识到光是波长在0.4～0.7μm范围内的电磁波。应用麦克斯韦电磁波理论可以普遍解释光在两种媒质的分界面上发生的反射、折射现象，也能够满意地解释光的干涉、衍射和偏振等光学现象。

但在19世纪末和20世纪初，当科学实验研究深入微观领域时，在一些新的实验事实（如共振荧光、黑体辐射、光电效应等）面前，光的电磁理论遇到了无法克服的困难，这使光学的概念发生了从连续到量子化的飞跃。1905年，爱因斯坦提出了光子假说，合理地解释了光与物质相互作用时表现出粒子性的实验事实。从此，光的量子说登上了历史舞台，使人们认识到，光具有波粒二象性。