光的真理
5 02 2005年 “惠更斯”号探测器在太空飞行了7年多之后，近日成功登陆土星最大
的卫星土卫六，引起全球注目。这颗卫星是荷兰科学家惠更斯于1655年发现
的，所以这个探测器以他的名字命名。惠更斯是科学史上罕见的天才，除了
发现土卫六，还发现土星光环、离心力定理、动量守恒定律，创建了概率论，
发明了摆钟，首次提出其他星系上也有行星和生命，并为此写了一本书！
惠更斯最著名的科学贡献，是为光的波动学说奠定了理论基础。光是什
么？古希腊自然哲学家就已经在思考这个问题了。最直观的答案是：光是由
极细小的微粒组成的。这可以很容易地解释一些光学现象：光微粒的运动速
度极快，所以光做直线传播；光线反射是由于光微粒碰撞反射面引起的；光
从一种媒介进入另一种媒介（例如从空气进入水）时会发生折射，是因为光
微粒在不同媒介的运动速度不同。与惠更斯同时代的牛顿就是光的微粒学说
的集大成者，认为光微粒遵循他发现的三大运动定律。牛顿发现阳光是
由不同颜色的光混合而成的，他认为不同质量的光微粒产生了不同颜色的光，
这些光微粒混合在一起，就变成了白光。
但是此前，意大利数学家格里马第已经注意到，让一束光穿过两个小孔，
其投影的边缘出现明暗条纹。他联想到水波的衍射，提出光可能是一种波，
不同颜色的光是由于光波的频率不同引起的。但是怎么用波动来解释光的反
射和折射呢？惠更斯提出了一个后来被称为“惠更斯原理”的学说阐明波面
在媒体中的传播性质，在此基础上用作图法巧妙地解决了这些问题。
牛顿的死对头胡克也支持波动学说。牛顿刚提出微粒学说时，备受胡克
的讥讽，声称牛顿学说正确的部分是剽窃他的，其他部分则荒诞不经。牛顿
一气之下不再发表光学著作，等到胡克死后，才出版《光学》一书，全面论
述微粒学说，构建了一个相当精致的体系。这时候惠更斯也已经死了，没有
人能和牛顿唱对台戏。由于牛顿的权威，微粒学说被普遍接受，毕竟，这个
巨人在那么多科学问题上都对了，这一个想必也不会错吧？
牛顿死后70多年，才有人试图复兴惠更斯的波动学说。英国物理学家托
马斯·杨、法国物理学家菲涅耳用干涉实验证明了光是一种波。不过，对牛
顿微粒学说的致命一击发生于1850年。牛顿和惠更斯的学说都能解释光的折
射现象，但是有一个重大差别：牛顿学说认为光从空气进入水发生折射，是
因为光微粒在水中的运动速度比较快；而惠更斯学说恰恰相反，认为是由于
光波在水中传播速度比较慢导致的。当时人们还没有办法精确地测量光速，
不能验证谁对谁错。1850年，条件成熟了。法国物理学家傅科用实验证明了
水让光速变慢，牛顿的学说被推翻了。
此后，麦克斯韦建立电磁学，认为光就是一定频率范围内的电磁波，赫
兹用实验证实了这个预见。波动学说取得了全面的胜利。但是赫兹同时也证
实了光电效应，即在光的照射下物体会释放出电子，这是波动学说没法解释
的。为了解决这个问题，爱因斯坦提出光的发射和吸收都采取量子的形式，
光波是由光子组成的，光具有波和粒子二重性质。
这给人的印象似乎牛顿也没有错。经常有人在争论问题时引用这个所谓
“波粒二像性”来说明真理不止一个，大家争来争去可能只是看到了问题的
不同一面，最终会统一起来，证明大家都对。这个观点是错误的。爱因斯坦
的光子和牛顿的微粒除了都是粒子之外，并无任何相同之处。光子不是牛顿
所描绘的那种遵循经典力学运动定律的微粒。牛顿对光的反射、折射、衍射、
颜色等等光学现象的解释都是错误的，波动学说才是正确的。在光的问题上，
真理仍然只有一个。
2005.1.21.
（中国青年报2005.2.2）
(XYS20050205)
◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys1.dyndns.org)(xys.3322.org)◇◇
