从牛顿到量子：微粒学说的局限性

现代物理学就像一座宏伟的大厦。这座大厦有两根支柱，其中一根叫相对论，另一根就是本书要给你讲的量子力学了。

相对论彻底改变了我们对宇宙的看法，而量子力学则彻底改变了我们的生活。有了量子力学，才会有半导体；有了半导体，才会有今天人人都在使用的手机和互联网。

有趣的是，打开相对论和量子力学大门的是同一样东西，那就是光。

光，是我们这个世界最常见，但也是最神秘的现象。自从人类文明诞生以来，我们就一直在寻找一个问题的答案，这个问题就是：光到底是什么？

我们要从大名鼎鼎的牛顿开始说起。牛顿在剑桥求学的时候，伦敦突然爆发了一场大瘟疫。剑桥大学遣散了师生，让他们回乡下避难。于是牛顿重新回到了他的出生地——伍尔索普庄园。就是从这个时候开始，牛顿研究起了太阳光。当时的人们对太阳光的颜色和彩虹的成因争论不休。1666年的某天，牛顿找来了一块三棱镜，并且布置了一个房间作为暗室，只在窗户上开了一个圆形小孔，让太阳光射入。当他用三棱镜挡住一束阳光时，立刻就在对面墙上看到了像彩虹一样鲜艳的七彩色带。牛顿就开始琢磨，为什么会出现彩虹呢？无非有两种可能。一种可能是光的颜色会被三棱镜改变，另一种可能是白光本身就是由七种颜色的光混合而成的。到底哪种情况是对的呢？

太阳光经过三棱镜的分解，会在墙上形成彩虹色带(www.xing528.com)

三棱镜分解太阳光实验的原理示意图

他进一步做实验发现，如果让七色的光再经过一块三棱镜，光的颜色不会再次发生变化，这说明三棱镜并不能改变光的颜色。但是，当牛顿设法把七种颜色的光再次混合起来时，七色光带又变成了白光。这就证明了，太阳光虽然看起来是白的，其实它是由七种颜色的光混合而成的。

三棱镜分解太阳光实验的成功为牛顿后来的光学研究奠定了基础。他认为，光就是一连串的微粒，就像机关枪打出的一串串子弹。所有的发光物体，不管是太阳还是蜡烛，都在不断发射出无数的微粒。这些微粒如果射到了我们的眼睛中，就是我们感受到的光。这就是牛顿的微粒学说。它可以解释光为什么是沿着直线传播的，也可以解释光的反射现象。

发光物体发射的微粒射到我们的眼睛里，就是我们感受到的光

但是，人们很快就发现了一些无法用微粒学说来解释的现象。比如说，我们在手电筒上罩一层带花纹的塑料纸，然后把手电筒的光照在墙上，你会看到墙上出现了花纹的光影。这时候，你再打开一个手电筒，对着前面那个手电筒照射。假如按照牛顿的说法，光是一种微粒，那么两束交叉的粒子流肯定会发生碰撞，就会导致墙上的图像变得模糊不清。可实际上呢，这种情况根本不会发生。无论你怎么照射，两束光看起来都是井水不犯河水般地相互穿过了。牛顿的微粒学说无法解释这个现象。