主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

爱因斯坦的光量子理论之所以遇到重重阻力，是因为存在大量的事实支持光是一种波这种看法。实际上，人们对光到底是一种波还是一种粒子已经热烈争论了很长一段时间。在18世纪以及19世纪早期，艾萨克·牛顿提出的粒子说占绝对统治地位。“在这本书中，我的想法并不是要用一种假说来解释光的特征，”牛顿在1704年发表的《光学（Opticks）》一书的开篇中就说“，而是通过逻辑推理和实验结果来验证这些特征。”牛顿在1666年做了很多探索性的光学实验，他曾经利用一个三棱镜将一束白光分解为一道七色彩虹，然后又利用另一个三棱镜把这些彩光合并为一束白光。因此，牛顿认为光线是由粒子，也就是他所命名的“微粒（Corpuscles）”组成的，这种粒子是“从发光体释放出来的微小物体”。根据牛顿的理论，这些光粒子是直线前进的，并可以用来解释很多日常现象，比如人们可以听见几角旮旯处的谈话声音，但是却看不见谈话的人，因为光线是无法弯曲的。

牛顿能够给出一套详尽的数学公式来解释很多光学现象，包括反射和折射（即光从稀疏物质进入致密物质以后，会发生弯曲）。但是，依旧存在一些光学特征无法用牛顿的理论来得到令人满意的解释。例如，当一束光线照射到玻璃面上时，一部分光线会透过玻璃传播，同时剩余部分会被反射出来。牛顿必须要回答的一个问题就是为什么一部分光粒子能够被反射，而另一部分却不能？为了回答这个问题，牛顿被迫对自己的理论作出修正。他认为光粒子通过以太（Ether）的时候，会引起波状扰动。这些所谓的“简单反射以及简单入射”在其物理机制上与一部分光线会通过玻璃而另一部分光线会被反射的现象是一致的。牛顿把这种扰动现象推而广之，并联系到颜色上面。在他看来，最强的扰动具有最长的波长，与红光的产生相关；而最小的扰动，则具有最短的波长，与紫光有关。

荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens：1629～1695）对此持异议，他认为根本就不存在牛顿所说的这种光粒子。惠更斯比牛顿年长13岁，早在1678年，他就已经发展出一套光的波动理论，可以用来解释反射和折射现象。但是，他的光学著作《光的特点（Traité de la Lumière）》一直拖到1690年才得以发表。惠更斯认为光就是一种通过以太传播的波。当人们往一口平静的池塘中扔进一颗石子，就能看见波纹一圈圈传播开来，光也是以类似的方法传播的。如果光真的是由粒子组成的，惠更斯提出了一个质疑----那么当两束光线面对面相遇时，有没有迎头相撞的证据？惠更斯认为，没有任何这样的证据存在。声波是不会相撞；同样，光既然不会相撞，那也必然是一种波。

尽管牛顿和惠更斯各自的理论都能够解释光的反射和折射现象，但是如果将他们的理论用来解释其它光学现象会得出不同的结论。当时，由于观测精度的限制，他们的理论多年来都无法得以检验。但是，有一种人们所能观测到的光学现象恰巧可以用来检验。如果一束光线是由牛顿所说的粒子组成的，当它在直线传播过程中遇到某个物体阻挡时，应该会投下明暗分明的阴影；但如果这束光线是惠更斯所说的波，当它遇到同样的物体阻挡时，将会像所有的波一样围绕该物体发生弯曲，其投下的阴影会有一个模糊的边界。身兼耶稣会神父的意大利数学家弗朗切斯科·格里马尔迪（Francesco Grimaldi：1618～1663）发现光线在物体的边缘或者是一个非常狭窄的裂缝边缘，会发生弯曲，他将这种现象命名为散射（Diffraction）。格里马尔迪逝世以后又过了两年，即在1665年，他的专著得以面世。在书中，格里马尔迪描述了他所做的一个实验：在一个漆黑的房间，让一束光线通过百叶窗上的一个小孔投射到一个不透明的物体上，则光线会投下阴影，其范围要比假定光线是粒子而只能直线传播时所形成的阴影要大。另外，他还发现在阴影边缘存在着彩光，而且看上去很模糊，而如果是粒子波则只能形成明暗分明的边界。

牛顿也注意到了格里马尔迪的发现，后来自己也亲身做了相关的实验对散射现象进行研究，因为这一现象至少在表面上佐证了惠更斯的光波理论。但是，牛顿认为散射现象是因为力作用在光粒子身上的结果，而也正好进一步反映了光本身的特性。尽管牛顿的粒子理论在实质上只是将波和粒子混为一体，但由于他本人无与伦比的声望，他的理论被后人一直奉为圭臬。另外呢，惠更斯在1695年就逝世了，而牛顿比他多活了32年，这也在一定程度上帮助牛顿扩大和延续他的胜利。英国诗人亚历山大·蒲柏（Alexander Pope：1688～1744）见证了牛顿在他那个时代无与伦比的影响力，在为牛顿书写的墓志铭中，他写道：“自然以及自然法则处在漫漫长夜之中；上帝说，牛顿出来吧！从此世界一片光明”。牛顿于1727年逝世，在以后的很多年中，他的威名依旧如日中天，很少有人对他的光学理论产生过质疑。当19世纪的曙光到来的时候，一位名叫托马斯·杨（Thomas Young：1773～1829）的博学多才的英国人向牛顿发起了挑战，而且他的工作导致了光波理论的东山再起。

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