一條動(dòng)搖世界的公式（上）

作者：胡桃?jiàn)A子工作室

隨著科學(xué)的進(jìn)步，人們對(duì)世界的認(rèn)知也是越來(lái)越完善，對(duì)各種事物的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律，也有了清晰明了的掌握。
但是，在一條公式出現(xiàn)之后，人們突然之間發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)世界的基礎(chǔ)被動(dòng)搖了！
這究竟是怎么回事呢？還還需要從對(duì)光的認(rèn)知開(kāi)始說(shuō)起。
自古以來(lái)，光就被認(rèn)為是這個(gè)宇宙最原始、最神秘的事物。遠(yuǎn)古神話中，往往是在“一道亮光”之后世界開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。光在人們心目中，代表著生命、活力和希望。
但，光究竟是什么東西？或者說(shuō)，光究竟是不是一種“東西”呢？

# 微粒說(shuō) VS 波動(dòng)說(shuō)

從古希臘時(shí)期，就有科學(xué)家研究光的本質(zhì)了。當(dāng)時(shí)的人們把光看成是一種非常小的粒子流，換句話說(shuō)，他們認(rèn)為光是由一粒一粒非常小的“光子”組成的。我們把這種學(xué)說(shuō)稱(chēng)為“微粒說(shuō)”。

從直觀上看，微粒說(shuō)是很有道理的，它很好的解釋了光為什么總是“走”直線，為什么會(huì)有“反射”。不過(guò)，微粒說(shuō)也有幾個(gè)難以回答的問(wèn)題。比如，當(dāng)時(shí)的人很難說(shuō)清為什么兩道光束“相互碰撞”時(shí)“光子”沒(méi)有彈開(kāi)。

后來(lái)，人們對(duì)自然世界有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，開(kāi)始研究“波動(dòng)”現(xiàn)象，“聲音是一種波動(dòng)”這一觀念也逐漸為人們所接受。既然聲音是一種波動(dòng)，那光為什么不能也是一種波呢？十七世紀(jì)，意大利數(shù)學(xué)教授格里馬第讓一束光穿過(guò)兩個(gè)小孔后照到暗室里的屏幕上，得到了有明暗條紋的圖像。他認(rèn)為這種現(xiàn)象與水波的波動(dòng)十分相像，這是最早的“波動(dòng)說(shuō)”。

波動(dòng)說(shuō)認(rèn)為，光是由介質(zhì)振動(dòng)產(chǎn)生的一種波，就像“水波”是水面上下振動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果。光束相互穿過(guò)卻互不干擾這一現(xiàn)象，用波動(dòng)說(shuō)就能很容易解釋清楚。

不過(guò)，波動(dòng)說(shuō)也有一個(gè)基本難題：任何波動(dòng)都需要有介質(zhì)才能傳遞。聲音在真空中就無(wú)法傳播。光則不是這樣，它可以穿過(guò)幾乎真空的宇宙，來(lái)到地球。

大約在十七世紀(jì)中期，關(guān)于光本質(zhì)的兩種對(duì)立學(xué)說(shuō)“微粒說(shuō)”和“波動(dòng)說(shuō)”相繼形成，這兩種學(xué)說(shuō)就像兩支軍隊(duì)一樣?？茖W(xué)家就是軍隊(duì)中的“士兵”，相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是他們手中的武器。

這場(chǎng)關(guān)于光本質(zhì)爭(zhēng)論的“戰(zhàn)爭(zhēng)”又持續(xù)了兩三百年，在此期間，無(wú)數(shù)科學(xué)家相繼“參軍”，牛頓、拉普拉斯、泊松選擇了“微粒說(shuō)大軍”，胡克、惠更斯、托馬斯·楊、菲涅爾則加入了“波動(dòng)說(shuō)大軍”。

到十九世紀(jì)時(shí)，托馬斯·楊、菲涅爾等科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到許多支持波動(dòng)說(shuō)的關(guān)鍵依據(jù)；此外，偉大物理學(xué)家麥克斯韋于 1856、1861 和 1865 年發(fā)表三篇關(guān)于電磁理論的論文，預(yù)言光是一種電磁波。1887 年，赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)預(yù)言。

波動(dòng)說(shuō)一手有理論，一手有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，把微粒說(shuō)打得“潰不成軍”。光的波動(dòng)說(shuō)成為了板上釘釘?shù)氖聦?shí)，當(dāng)時(shí)主流科學(xué)家認(rèn)定，光就是波，不是什么粒子。這一回合，波動(dòng)說(shuō)大軍取得了壓倒性優(yōu)勢(shì)，微粒說(shuō)被打得“潰不成軍”。

誰(shuí)也沒(méi)想到，微粒說(shuō)大軍還有機(jī)會(huì)卷土重來(lái)。

1900 年 12 月 14 日，就在人們準(zhǔn)備歡度圣誕節(jié)的時(shí)候，德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·普朗克提出了量子理論的猜想。普朗克認(rèn)為，量子是能量的最小單位，一切能量傳輸都是以量子為單位進(jìn)行的，我們可以傳輸任意整數(shù)個(gè)量子，卻不能傳輸 0.5 個(gè)量子。這就好比我們拿著零錢(qián)去商店買(mǎi)東西，在我國(guó)，錢(qián)的最小單位是“分”，也就是說(shuō)你只能付給營(yíng)業(yè)員 1 分錢(qián)、2 分錢(qián)，卻不能付 1.5 分錢(qián)。

1905 年 3 月 18 日，愛(ài)因斯坦在普朗克量子理論的基礎(chǔ)上，假設(shè)了光量子的存在，他認(rèn)為光以量子的形式傳播，并稱(chēng)這種量子為“光量子”。

愛(ài)因斯坦光量子理論的提出，標(biāo)志著“微粒說(shuō)大軍”重新站到了波動(dòng)說(shuō)的對(duì)面——這次，微粒說(shuō)是帶著新武器來(lái)的。

沉寂已久的戰(zhàn)場(chǎng)又一次燃起了硝煙，這一次，科學(xué)家們能不能終結(jié)這場(chǎng)持續(xù)了數(shù)百年的“戰(zhàn)爭(zhēng)”呢？

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