波动说

然而与牛顿同时代的惠更斯则认为，物体发出的光是一种波动，这种波动不同于人们通常观察到的水波和声波——它们都有传播波动的介质，水波的传播介质是水，声波的传播介质是空气或其他液体和固体，而光波的传播是在真空中进行的，也就是说光波以真空为介质。

这两种理论一开始就发生了冲突，但由于牛顿在科学界的崇高威望，光的微粒说在很长一段时间内占统治地位。

直到19世纪初，杨氏、菲涅尔、夫琅和费新发现的光的干涉、衍射和偏振现象，与惠更斯的光的波动说十分吻合，而牛顿的光的微粒说对此却无法做出解释。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

随着光学仪器的发展，光学理论也有了很大的进展。麦克斯韦证明了光波是一种电磁波后，光的波动理论似乎完全被实验所证实，光是波动的说法也为人们普遍接受。

但是，光是波动的理论在光电效应的实验结果面前却一直显得无能为力。

所谓光电效应指的是：当用光照射金属表面时，会把电子从金属中打出来。

早在1872年，莫斯科大学的斯托列托夫就已发现了这个现象，以后德国物理学家赫兹和雷纳德对此也进行了研究。

赫兹雕像

当人们试图用光的波动说去解释光电效应时，得出的结论是：当光的强度增大时，从金属中被打出来的电子的速度也应增大。

而实验结果表明，用同一频率的光照射时，不论光的强度多大，所有观察到的电子都具有同样的速度，也就是说，从金属中被打出来的电子的速度与光的强度无关！

杨氏干涉实验

而且当光的频率达到某个极限值时，才会在光照条件下使电子从金属中飞出。同时，从金属中能不能打出电子与光的频率有关，即用紫光照射时飞出电子的速度比用红光照射时飞出电子的速度大！

于是，光是波动的说法在实验面前陷入了困境。

爱因斯坦以创造性的思维完全从一个不同的角度去考察了光电效应。他提出了光是光量子的理论。

按照这个理论，光的能量是由一份一份的不连续的最小单元能量组成的，而这个单元能量大小和光的频率正好成正比关系。光仍然像波动一样具有频率（或波长），但是光还具有微小“粒子”的特性——一个一个的能量单元。

这样，光无非就是一束能量流，其中最小的单元能量就称为光量子（光子）。当光照射到金属表面时，光就把光量子的能量传递给电子，光量子就消失了，而电子得到光子的能量，再加上它自身的能量就可能从金属中飞出。

由于光量子能量只与光的频率有关，因此只有大于一定频率的光，才能提供足够的能量使电子从金属中被打出来。

这样，光量子的理论就以简洁清晰的方式解释了光电效应。

爱因斯坦的成功使他荣获了诺贝尔物理学奖，但是光量子理论却把100多年前关于光的本性的问题的讨论又重新摆到人们面前，光究竟是什么？是波动还是粒子？

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