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摘 要：历史上人们对光是一种波还是粒子进行了大约300年的争论，经历了一系列的认识过程，最终确认光具有波粒二象性。本文从认识角度出发，简要阐述光的波粒二象性的认识过程。
关键词：认识;波动说;粒子说;光的波粒二象性
认识是在实践的基础上，主体对客体的能动反映。认识是一种过程，是从感性认识到理性认识，再从理性认识到实践，再认识、再实践，循环往复一种螺旋式上升的过程。历史上人们对光的认识经历了感性认识、理性认识、再认识等一系列过程。
一、光的感性认识
1、光是一种微粒
我们都知道光是沿直线传播的，十七世纪时，有人发现光有时候并不是沿直线传播的。意大利人格里马第首先观察到光的衍射现象。接着，胡克也观察到衍射现象，然而只有波才会出现衍射现象。
1672年牛顿完成了著名的三棱镜色散试验，并发现了牛顿环。他认为，光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。在《关于光和色的新理论》这篇论文里他用微粒说阐述了光的颜色理论。
胡克和牛顿分别从各自的实验中观察并总结出了结论。胡克认为光是波，而牛顿认为光是粒子。关于光是波还是粒子的争论就此拉开了序幕。
1678年惠更斯在《论光》一书中认为光是在“以太”中传播的波。运用他的次波原理，不仅成功地解释了反射、折射定律和方解石的双折射现象，还解释著名的“牛顿环”实验。而且举出了一个例子来反驳微粒说：如果光是由粒子组成的，那么在光的传播过程中各粒子必然互相碰撞，这样一定会导致光的传播方向的改变。
就在惠更斯积极的宣传波动学说的同时，牛顿的微粒学说也逐步的建立起来。牛顿修改和完善了他的光学著作《光学》。在《光学》一书中，牛顿一方面提出了两点反驳惠更斯的理由：第一，光如果是一种波，它应该同声波一样可以绕过障碍物、不会产生影子;第二，波动说无法解释光的双折射现象。另一方面，牛顿把他的物质微粒观推广到了整个自然界，并与他的质点力学体系融为一体，为微粒说找到了坚强的后盾。
1704年，《光学》正式公开发行，此时的惠更斯与胡克已相继去世，波动说一方无人应战。当时的牛顿已成为无人能及的科学巨匠，人们对他的理论顶礼膜拜。整个十八世纪，几乎无人向微粒说挑战。
这一时期人们对光的认识还处于感性的阶段，在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了，为以后人们对光的进一步认识打下了基础。
2、光是一种波
十八世纪末，英国著名物理学家托马斯？杨开始对牛顿的光学理论产生了怀疑。1800年杨氏把光和声音进行类比，因为二者在重叠后都有加强或减弱的现象，他认为光是一种弹性振动，并且是以纵波形式传播的。同时指出光的不同颜色和声的不同频率是相似的。1801年，杨氏进行了著名的杨氏双缝干涉实验，实验得到的明暗相间的黑白条纹证明了光的干涉现象，从而证明了光是一种波。他在《哲学会刊》的论文中，分别对“牛顿环”实验和自己的实验进行了解释，首次提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。1803年，杨氏根据光的干涉定律对光的衍射现象作了进一步的解释。
1808年，拉普拉斯用微粒说分析了光的双折射线现象，批驳了杨氏的波动说。1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为了反对波动说的有利证据。
1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。光的偏振现象和偏振定律的发现，使当时的波动说陷入了困境，使物理光学的研究更朝向有利于微粒说的方向发展。
面对这种情况，杨氏对光学再次进行了深入的研究，1817年，他提出了光是一种横波的假说，比较成功的解释了光的偏振现象。吸收了一些牛顿派的看法之后，他又建立了新的波动说理论。
1817年，巴黎科学院悬赏征求关于光的干涉的最佳论文。菲涅耳也卷入了波动说与微粒说之间的纷争，他在杨氏新的理论基础之上开始了研究。1819年，菲涅耳成功的完成了对由两个平面镜所产生的相干光源进行的光的干涉实验，继杨氏干涉实验之后再次证明了光的波动说。1819年底，在对光的传播方向进行定性实验之后，他与阿拉戈一道建立了光波的横向传播理论。
1862年，傅科用旋转平面镜法首先测量出光在空气中速度与光在水中速度之比接近于4：3，证实了光在介质（水）中速度小于光在空气中的速度。这个实验被认为是光微粒说和波动说著名的判决性实验，它给了光微粒说最有力地否定。
1882年，德国天文学家夫琅和费首次用光栅研究了光的衍射现象。在他之后，德国另一位物理学家施维尔德根据新的光波学说，对光通过光栅后的衍射现象进行了成功的解释。
至此，新的波动学说牢固的建立起来了，微粒说开始转向劣势。
二、从光的感性认识上升到光的理性认识
1864—1865年间，麦克斯韦在《电磁场的动力理论》这篇著名的论文中，用数学方法确立了一整套描述电磁场性质的完整的方程组——克斯韦方程组。他从该方程组出发推导出变化的电场和变化的磁场构成统一的电磁场，交替产生且以横波的形式由近及远向空间传播，形成电磁波，并且计算出电磁波的传播速度等于光速。于是他大胆地推断：光是一种波长极短的电磁波。
1886年，德国物理学家赫兹深入研究了电磁场理论，并进行了实验研究，证实了电磁波的存在。1888年，他在《论空气中的电磁波和它的的反射》论文中，确证了电磁波的速度等于光速。并且证明了电磁波和光波一样，具有反射、折射、偏振等物理性质，且符合几何光学的定律，从而完成了电波和光波的同一性的证明。赫兹的工作使人类对光本性认识上的又一次深化。麦克斯韦和赫兹关于光和电磁波统一的工作，使得光波动说又一次取得了令人信服的胜利。
三、对光认识的螺旋上升
19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的微观机制中。当人们利用光的电磁理论来解释光和物质相互作用的某些现象，遇到了且所未有的困难。比如，黑体辐射中能量按波长分布的问题，以及1887年赫兹发现的光电效应。此时人们意识到对光本质的认识并不是完善的，需要对光的本质进再认识。
1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。量子论不仅很自然地解释了黑体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。
1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。1921年，康普顿在试验中证明了X射线的粒子性。后来人们也证明了氦原子射线、氢原子和氢分子射线具有波的性质。
四、小结
一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波，使人们对光的认识由感性认识上升到了理性认识;而另一方面人们在光的电磁理论基础上研究光与物质相互作用时遇到了困难，于是进行了再认识过程，热辐射、光电效应等证明了光的微粒性。简单的说光在传播过程中表现出来的是波动性，在与物质相互作用时表现出来的是微粒性。也就是说光既有波动性又有微粒性，具有波粒二象性。最终光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕，而对光的认识卻没有停止。
参考文献：
[1]冯一兵，熊保库，冀晓群.波粒二象性的认识过程及启示[J]，物理教师，2008，28（3）：48-52
[2]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社，2005：131-139
（火箭军士官学校）
关键词：认识;波动说;粒子说;光的波粒二象性
认识是在实践的基础上，主体对客体的能动反映。认识是一种过程，是从感性认识到理性认识，再从理性认识到实践，再认识、再实践，循环往复一种螺旋式上升的过程。历史上人们对光的认识经历了感性认识、理性认识、再认识等一系列过程。
一、光的感性认识
1、光是一种微粒
我们都知道光是沿直线传播的，十七世纪时，有人发现光有时候并不是沿直线传播的。意大利人格里马第首先观察到光的衍射现象。接着，胡克也观察到衍射现象，然而只有波才会出现衍射现象。
1672年牛顿完成了著名的三棱镜色散试验，并发现了牛顿环。他认为，光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。在《关于光和色的新理论》这篇论文里他用微粒说阐述了光的颜色理论。
胡克和牛顿分别从各自的实验中观察并总结出了结论。胡克认为光是波，而牛顿认为光是粒子。关于光是波还是粒子的争论就此拉开了序幕。
1678年惠更斯在《论光》一书中认为光是在“以太”中传播的波。运用他的次波原理，不仅成功地解释了反射、折射定律和方解石的双折射现象，还解释著名的“牛顿环”实验。而且举出了一个例子来反驳微粒说：如果光是由粒子组成的，那么在光的传播过程中各粒子必然互相碰撞，这样一定会导致光的传播方向的改变。
就在惠更斯积极的宣传波动学说的同时，牛顿的微粒学说也逐步的建立起来。牛顿修改和完善了他的光学著作《光学》。在《光学》一书中，牛顿一方面提出了两点反驳惠更斯的理由：第一，光如果是一种波，它应该同声波一样可以绕过障碍物、不会产生影子;第二，波动说无法解释光的双折射现象。另一方面，牛顿把他的物质微粒观推广到了整个自然界，并与他的质点力学体系融为一体，为微粒说找到了坚强的后盾。
1704年，《光学》正式公开发行，此时的惠更斯与胡克已相继去世，波动说一方无人应战。当时的牛顿已成为无人能及的科学巨匠，人们对他的理论顶礼膜拜。整个十八世纪，几乎无人向微粒说挑战。
这一时期人们对光的认识还处于感性的阶段，在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了，为以后人们对光的进一步认识打下了基础。
2、光是一种波
十八世纪末，英国著名物理学家托马斯？杨开始对牛顿的光学理论产生了怀疑。1800年杨氏把光和声音进行类比，因为二者在重叠后都有加强或减弱的现象，他认为光是一种弹性振动，并且是以纵波形式传播的。同时指出光的不同颜色和声的不同频率是相似的。1801年，杨氏进行了著名的杨氏双缝干涉实验，实验得到的明暗相间的黑白条纹证明了光的干涉现象，从而证明了光是一种波。他在《哲学会刊》的论文中，分别对“牛顿环”实验和自己的实验进行了解释，首次提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。1803年，杨氏根据光的干涉定律对光的衍射现象作了进一步的解释。
1808年，拉普拉斯用微粒说分析了光的双折射线现象，批驳了杨氏的波动说。1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为了反对波动说的有利证据。
1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。光的偏振现象和偏振定律的发现，使当时的波动说陷入了困境，使物理光学的研究更朝向有利于微粒说的方向发展。
面对这种情况，杨氏对光学再次进行了深入的研究，1817年，他提出了光是一种横波的假说，比较成功的解释了光的偏振现象。吸收了一些牛顿派的看法之后，他又建立了新的波动说理论。
1817年，巴黎科学院悬赏征求关于光的干涉的最佳论文。菲涅耳也卷入了波动说与微粒说之间的纷争，他在杨氏新的理论基础之上开始了研究。1819年，菲涅耳成功的完成了对由两个平面镜所产生的相干光源进行的光的干涉实验，继杨氏干涉实验之后再次证明了光的波动说。1819年底，在对光的传播方向进行定性实验之后，他与阿拉戈一道建立了光波的横向传播理论。
1862年，傅科用旋转平面镜法首先测量出光在空气中速度与光在水中速度之比接近于4：3，证实了光在介质（水）中速度小于光在空气中的速度。这个实验被认为是光微粒说和波动说著名的判决性实验，它给了光微粒说最有力地否定。
1882年，德国天文学家夫琅和费首次用光栅研究了光的衍射现象。在他之后，德国另一位物理学家施维尔德根据新的光波学说，对光通过光栅后的衍射现象进行了成功的解释。
至此，新的波动学说牢固的建立起来了，微粒说开始转向劣势。
二、从光的感性认识上升到光的理性认识
1864—1865年间，麦克斯韦在《电磁场的动力理论》这篇著名的论文中，用数学方法确立了一整套描述电磁场性质的完整的方程组——克斯韦方程组。他从该方程组出发推导出变化的电场和变化的磁场构成统一的电磁场，交替产生且以横波的形式由近及远向空间传播，形成电磁波，并且计算出电磁波的传播速度等于光速。于是他大胆地推断：光是一种波长极短的电磁波。
1886年，德国物理学家赫兹深入研究了电磁场理论，并进行了实验研究，证实了电磁波的存在。1888年，他在《论空气中的电磁波和它的的反射》论文中，确证了电磁波的速度等于光速。并且证明了电磁波和光波一样，具有反射、折射、偏振等物理性质，且符合几何光学的定律，从而完成了电波和光波的同一性的证明。赫兹的工作使人类对光本性认识上的又一次深化。麦克斯韦和赫兹关于光和电磁波统一的工作，使得光波动说又一次取得了令人信服的胜利。
三、对光认识的螺旋上升
19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的微观机制中。当人们利用光的电磁理论来解释光和物质相互作用的某些现象，遇到了且所未有的困难。比如，黑体辐射中能量按波长分布的问题，以及1887年赫兹发现的光电效应。此时人们意识到对光本质的认识并不是完善的，需要对光的本质进再认识。
1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。量子论不仅很自然地解释了黑体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。
1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。1921年，康普顿在试验中证明了X射线的粒子性。后来人们也证明了氦原子射线、氢原子和氢分子射线具有波的性质。
四、小结
一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波，使人们对光的认识由感性认识上升到了理性认识;而另一方面人们在光的电磁理论基础上研究光与物质相互作用时遇到了困难，于是进行了再认识过程，热辐射、光电效应等证明了光的微粒性。简单的说光在传播过程中表现出来的是波动性，在与物质相互作用时表现出来的是微粒性。也就是说光既有波动性又有微粒性，具有波粒二象性。最终光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕，而对光的认识卻没有停止。
参考文献：
[1]冯一兵，熊保库，冀晓群.波粒二象性的认识过程及启示[J]，物理教师，2008，28（3）：48-52
[2]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社，2005：131-139
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