the nature of light 翻译

光的本质

大约在十七世纪中叶，人们普遍认为光是由粒子束和微粒组成的。这些微粒由诸如太阳、烛焰等光源散发，并且沿直线传播的。这些微粒可以穿过透明介质，也可以在不透明材料表面发生反射。当粒子进入眼睛时，视觉被刺激。

十七世纪中叶，当大部分光学领域专家接受微粒说的时候，光可能是某种波的运动的观点开始发展。1678年，克里斯琴.惠更斯证实了反射和折射定律可以由波动理论解释。并且这种理论也给最新发现的双折射现象提供简单的解释。

然而波动理论并没有立即被接受。一方面，有人提出反对意见：如果光是一种波的运动，那么在绕过拐角时应该能被看见,因为波可在传播途径中绕过障碍物。现在我们知道光的波长如此短，以至于即使它确实发生弯曲,通常也观察不到。

事实上，光波在物体边缘发生弯曲，也就是衍射现象。曾由格里马尔迪在1665年出版的书里提到过。不过当时人们并没有意识到这个发现的重要性。

光学理论下一个伟大进步是麦克斯韦理论，1873年麦克斯韦证实振荡电路会产生电磁波。这种波的传播速度仅仅可以由电和磁的方法计算，结果表明在实验允许的误差范围内波速非常接近3x108，这和测得的光的传播速度相等。这个事实似乎证明了光是由极短波长的电磁波组成的。1877年，赫兹用小体积的振荡电路成功产生了毫无疑问是由电磁源产生大的短波(也就是现在所说的微波)，并且证明它拥有光波的所有性质。如同光波一样，它们可以被反射、折射，被镜面会聚，偏振等。麦克斯韦的光电磁理论和赫兹的实验证明是物理科学的成就之一。直到19世纪末，人们普遍认为，在未来几乎没有任何可以添加到我们对光学本质的认识中。情况并非如此。

在十九世纪的前25年,托马斯.杨和奥古斯汀.菲涅耳的干涉实验，以及之后里昂.傅科对液体中光速的测量，令人信服地证明了光学现象的存在仅由粒子理论解释是不足的。

包括干涉和衍射在内的这些现象可以在波动理论的基础理解，杨氏实验让他得以测量光的波长，菲涅耳证明光的直线传播，以及格里马尔迪和其他人观察到的衍射效应，可以由短波长波的运动解释。

经典的电磁学理论不能够解释与光的散射和吸收有关的现象。一个例子就是

光电子散射现象即光照射到金属表面会有电子逸出现象。1905年，爱因斯坦扩充了5年前普朗克提出的观点并且假设光束的能量集中在光束包或光子中。光子的痕迹能留在波形图上，因为一个光子被认为仍然既有频率，并且它的能量与它的频率成正比。光电效应的机制在于将一个光子的能量传递给电子。由密里根实验证明光电子的能量极好的和爱因斯坦公式相符。

另一个引人注目的光量子的本质的构想是康普顿效应。1921年，康普顿成功测定了单个电子和量子在碰撞前后的运动，发现他们像物质一样有动能和动量，且在碰撞过程中恒定。光电效应和康普顿效应似乎都回归到了光的微粒理论。

来从1930年，这些看似矛盾的实验随着一个综合的包括波动和粒子特性的量子电动力学理论发展,变得协调统一。光传播现象可以很好地被电磁波理论描述，然而在散射和吸收过程光和物质的相互作用是一种粒子现象。