关于人类对光的本性认识的发展过程的再认识
科技信息○高校讲坛○
SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2011年第9期
关于人类对光的本性认识的发展过程的再认识
邹立宇何基杰
（浙江海洋学院数理与信息学院浙江
舟山
316000）
【摘要】对光本性的认识贯穿于物理学光学学科发展的整个过程。时至今日，光本性问题在光学这个古老而又常新和充满希望的学科中仍占有重要位置。本文从光学的发展史入手，阐述了不同时代的科学家在探讨光的本性问题的曲折过程。通过人们逐步对光的本性的认识，思考科学的艰辛历程，感受科学家的治学精神和探究方法。
【关键词】光的本性；光的微粒说；光的波动说；波粒二象性
【Abstract】Knowledgeofthenatureoflightrunsthroughthewholedevelopmentprocessofopticsdiscipline.Theproblemoflightnaturestill
holdsanimportantplaceinthisoldandpromisingfield.Thistextisprobingintotheproblemofthenatureoflight;beginningfromthedevelopmenthistoryofoptics.Itistheintensioninthispapertoponderoverthescientifichardworkandfeelthespiritofscientists’scholarlyworkbyunderstandingofthenaturaloflightstep-by-step.
【Keywords】Natureoflight；Corpusculartheoryoflight；Wavetheoryoflight；Waveparticleduality
0引言
光的本性是一个既古老、艰难而又十分重要的物理学基本问题。这个问题约有350年的历史。17世纪中叶，以牛顿为代表的光的粒子说学派和以惠更斯为代表的光的波动说学派就已开始对其进行研究。后来，包括爱因斯坦在内的一批杰出的物理学家为之付出了长期的努力。回顾光学发展的历程，不同时代对光本质的认识都有它的时代局限性，从几何光学时代、波动展示光本质的不断深入的认识过程。今天，光学已发展成为一个广阔的研究领域，对光的本性的研究仍然具有理论和现实意义。
1光学的早期发展
1604年，刻卜勒发表了一篇几何光学论文，对光的直射现象，反射现象以及视觉作了一些初步的理论解释。1620年，斯涅尔对几何光学现象进行了较为系统的实验研究与数学分析，发现了几何光学现象的两条基本定律：反射定律和折射定律，奠定了近代几何光学的初步基础。1637年，笛卡尔提出光可能是一种类似微粒的性质；光是一种以“以太”为媒质的压力[1]。以斯涅尔和笛卡尔两人的光学成果为代表，几何光学和物理光学在17世纪初期均已奠定初步的基础。
牛顿以他的光的色散实验为基础，进一步发展了他的微粒说。牛顿反驳了惠更斯的波动说，对他的微粒说进行了系统的理论解释。[5]牛顿在论述他的微粒说时，也曾吸收波动说的某些观念，并试图解决微粒说与波动说的论争，最终把两种理论统一起来。牛顿的微粒说尽管有其局限性的一面，但在探索光的本性的认识道路上，它与波动说同样是一个重要的里程碑。波动说主要代表人物惠更斯于1695年去世，波动说的一方无人能与牛顿进行论争，同时由于牛顿本人的科学声誉越来越高，牛顿的微粒说也就因此成为处于支配地位的学说。[6]2.4杨氏及其波动说
1801年，英国物理学家托玛斯·杨设计并进行了光的双缝的实验，并用光的波动说成功地解释了光的干涉现象，而光的微粒说则对此无能为力，对光的波动说作出了有力的证实[7]。1817年，杨氏放弃了惠更斯认为光波是一种纵向波的理论，而提出了光波是一种横向波的假说，从而对光的偏振现象作出了较为成功的解释。另外，菲涅耳成功地进行了新的光的干涉实验，使波动说在与微粒说的对比中，占据了明显的理论优势，但波动说的胜利并非波粒之争的终结。到了19世纪后期，新的光学问题又使波动说陷入新的理论危机。
3麦克斯韦光辉预言和爱因斯坦的新学说
2
2.1
波动说与微粒说之争
波动说与微粒说的萌芽
1655年，格里马第发现，物影总比假定光线直线传播时应有的大小还要大一些，而且物影的边缘总是模糊的。他的实验结果难以用笛卡尔的微粒说来解释，他认为光是一种作波浪式传播的流体。胡克重复了格里马第实验，并进行了肥皂泡膜上的颜色观察。他认为，这些现象都是微粒论无法解释的。因此，他在1665年提出了光是以太的一种纵向波的假说[2]。到了60年代中期，牛顿着重研究了光的颜色问题和光的本性问题。牛顿的光色决定于折射率的理论，能比较成功地解释光的色散现象，并建立起了最初的光谱理论[3]。可是，对于“牛顿环”现象，牛顿却无法用他的光色理论作出成功的解释。后来，牛顿提出光是一种由极小的微粒形成的粒子流的理论，并对光的直射，反射，折射现象进行了较为成功的理论解释。这样，牛顿也就成了关于光的本性的微粒说的代表人物。由于微粒说并不能完全解释当时已知的光现象，它在理论上遇到了困难。2.2惠更斯及其波动说
惠更斯认为，光是一种机械波，这种机械波是由光波的振动而发出的，光波是一种靠物体载体来传播的纵向波，传播它的物体载体是“以太”。惠更斯还就光波本身的传播规律进行了研究，提出了著名的惠更斯原理，并较好地解释了波在媒质中的传播规律。运用这一原理，可以推导出光的反射定律和折射定律，可以解释光的双折射现象、衍射现象，以及干涉的“牛顿环”现象。这样，一个以上述理论要点为基本内容的光波学说，就由惠更斯基本上建立起来了。从此惠更斯就成了光的波动说的代表人物。1678年，惠更斯在巴黎科学院年会上作了反驳牛顿的光的微粒说的著名讲演，这样，波动说与微粒说的第二次论争，便在惠更斯与牛顿之间发生了[4]。2.3牛顿及其微粒说
麦克斯韦用包含着二十个变量的方程组来描述电磁场，天才地预言了电磁波的存在，并推算出电磁波在真空中的传播速度与光束相同，大胆断言光是电磁波，光的波动说由此发展到了十分完美的地步。赫兹在用实验验证电磁波学说时偶然发现的为光电效应使光的电磁波说遇到了新的困难。1900年，德国物理学家普朗克在研究电磁辐射能量分布时发现，只有认为电磁波的发射和吸收不是连续地，而是一份一份地进行的，理论计算的结果才能和实验结果相吻合。在普朗克假说的启发下，为了解释光电效应，爱因斯坦于1905年提出，在空间传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子。光子说很好地解释了光电效应。[8]爱因斯坦的光量子理论的提出，大胆并创造性地将微粒说与波动说之争融合在一起，揭示了光的波粒二象性的存在。
4结论
光究竟是粒子还是波？这个问题涉及对光的本性的不同认识。纵观整个光学的发展史，实际上就是微粒说与波动说的之间的激烈争论。光子说并没有否定波动说，正像波动说不能否定微粒说一样。光具有波粒二象性的认识，推动了人们去进一步探索光和物质的本质。波动性和粒子性在宏观现象中是相互对立的、矛盾的，没有任何一个宏观物体可以同时具有波动性和粒子性。但对于光子这样的微观粒子，即只有从波粒二象性出发，才能说明它的各种行为。光子的能量、频率表现的仍是波的特征，可见对宏观物体不可想象的波粒二象性，在微观世界却是不可避免的。
光的微粒说与波动说的发展史至此告一段落。然而人们对光的本性的探讨并未就此终止，对发光机制的研究导致了“光谱学”的建立，促进了对物质结构的深入探讨，并最终发展为量子力学。
从方法论方面分析，在对光的本性的探索过程中（下转第506页）
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上述这些情况无疑增加了学生管理工作的难度，稍有不慎就会使管理环节上出现漏洞，给违法犯罪行为提供可乘之机。1．3不良家庭环境的影响
家庭教育是每个人知识获取和品德陶冶的第一课堂。调查结果显示绝大部分大学生认为父母对自己影响深远，但仍有少数父母对子女没有产生影响，甚或产生了负面影响。这说明父母作为子女人生的第一导师仍需不断提高自身的思想素质和品德修养，以自身的人格魅力引导子女，帮助其树立正确的世界观、人生观和价值观。
据犯罪心理学者研究发现：成长在父母分居、离异、一方或双方死亡或者互相怨恨等问题存在的家庭中的人，因自幼缺乏健全的爱和亲密，心理易产生丧失感、不安感和自卑感，易形成孤僻、冷漠、愤世嫉俗等个性上的缺陷。而成长在充满暴力强制或溺爱等家庭中的人，易形成怯懦、冷酷、自私、懒惰、骄狂等个性缺陷。因此，良好的家庭环境对大学生的身心成长影响深远。
就我国目前的教育体制来看，整体重心仍然侧重于学历教育，而非素质教育。虽然近年来●“重学历、轻素质”的情况有所改观，但还远远没有达到理想状况。
一个关于“黑客行为”的调查问卷中，竟然有40.8%的大学生表示了认同。其中17.2%的学生认为黑客侵入他人电脑的行为很了不起，并有23.6%学生选择了“有机会也想试试”，仅有25.8%的人认为该行为触犯了法律。（见图3）而在现实案例中，有很多犯罪大学生在实施犯罪行为时，并不认为自己的行为触犯了法律。同时很大一部分犯罪大学生认为，若自己了解法律知识则绝不会实施当初的犯罪行为。调查表明，当代大学生法律知识普遍欠缺，很多学生没有用法律规范评价社会行为的意识，有的甚至就是法盲。
2不健全的心理机制———大学生犯罪的内部因素
外因是事物发展的必要条件，而内因则是事物发展的根本原因。外部环境对大学生“三观”的影响固然重要，而其中内因却起到了决定性作用。在研究和分析了导致大学生犯罪的外部因素之后，再让我们来深入的探究一下他们的内心世界：2．1不良的心理因素
同一外界刺激作用于不同心理因素的人会产生不同的效果。大学生心理发育还不完全成熟，生理因素决定了其心理起伏较大、易冲动，自我控制能力较差，加上人生经验浅薄，若没有正确的引导，很容易走上歧途，诱发犯罪。
2．1．1认识问题角度偏激
案例：2009年10月20日，曾经轰动一时的中国政法大学学生付成励杀害老师程春明一案由北京市第一中级法院作出一审宣判，被告人付成励犯故意杀人罪判处死刑，缓期二年执行，剥夺政治权利终身。付成励在中政大就读期间因女友与自己分手，怀疑这与该校教授程春明有关，就产生了报复心理，在教室里当众用菜刀将其杀死。
付成励沉迷于自己封闭的心理认知体系中，对事物的认识和判断存在片面性。片面的是非观必然对行为产生错误的指导，使其最终走上犯罪道路。
2．1．2缺乏自我调控力，容易冲动
案例：小常是武汉某重点大学应届法学硕士毕业生，家庭条件好，经济上一直比较宽余。某日在下楼梯时，发现某宿舍房门大开，室内无人，而且桌面上放着两台笔记本电脑。小常走进该寝室，将笔记本电脑盗走。
大学生犯罪的案件中，蓄谋犯罪的比重很小，多是冲动型犯罪，
即临时起意。犯盗窃罪的大学生大多存在侥幸心理，顺手牵羊；犯故意伤害罪的大学生多是头脑发热、一时冲动，之后悔恨不已。2．1．3病态心理的恶变
案例：2007年，四川某高校女教师王晓，无意中发现了躲藏在教学楼女厕所里进行偷窥的学生贾某，贾某慌张之余用随身携带的匕首将女老师刺死。据了解，贾某是大三学生，成绩优秀，准备考研。
过度的偷窥欲是心理疾病，侵害他人隐私的偷窥是不道德的行为。贾某在自己的病态心理和不道德行被人发现后，恐惧自己状态的改变，比如学校的处分，周围人们的评论等等，从而产生杀人的动机。病态心理是长期的压抑和不加调控所形成的，这种心理带有隐秘性，很难发现和预防。如果不能及时地开导，必然导致其不断恶化，最终造成严重的犯罪后果。2．2法制观念淡薄
图3制造计算机病毒或当黑客入侵他人电脑的行为
2．3
自身防范意识不强
案例：彭XX，女，黑龙江某大学建筑系高材生，校学生会副主席，优秀党员，多次获得奖学金及设计大赛优胜。就是这样一个品学兼优，前程远大的好苗子，却多次以找工作为名，引诱自己同学出校，协助犯罪团活实施强奸，并胁迫其卖淫。
探究原因，正是因为彭XX就是第一个受害者，受害后不懂得自我保护的方法，也羞于向公安机关、校方或亲友求助，被犯罪分子胁迫，一步步完成了由受害者向犯罪分子的转化过程，走入犯罪的深渊。
与法律意识淡薄相对应的，大学生当自己的合法权益受到侵犯时不能拿起法律武器来维护自己的权益，任人摆布，同时也不知道采取适当措施防范侵犯，这样等于助长了违法分子的威风，使大学生中的违法犯罪行为滋生。
研究发现大学生犯罪的成因是由于社会、学校和家庭以及大学生自身带来的多方面的不良影响造成，只有将家庭的基础性作用，学校的主导性作用和社会的辅导性作用结合起来，构筑一个三位一体的预防体制，才能不断提高大学生处理问题，克服困难，抵制诱惑等多方面的素质，使他们更好的去适应社会，尽最大的可能减少犯罪行为的发生。科
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作者简介：王芳，女，汉族，初级职称，工作于首都师范大学保卫处。
［责任编辑：王静］
（上接第509页）物理学家们大量运用了类比的方法。自然事物的相似性是运用类比方法进行逻辑推理的客观依据，自然界是简洁和谐相互联系的信念引导物理学家们不断地逼近真理。[10]。科
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［责任编辑：曹明明］
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