再谈光的本质
第一节 关于光的本质的争论起源
（一）牛顿提出“微粒说”。关于光的本质问题，最早以牛顿为首的科学家认为光的本质是粒子，是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉。牛顿认为光子进入介质时由于受到介质引力作用因此光在介质中的传播速度大于光在真空中的传播速度。“微粒说”很容易解释光的直线传播、反射和折射现象，所以很快获得了人们的承认和支持。
（二）惠更斯提出“波动说”。惠更斯则认为光是一种机械波，由发光物体振动引起，依靠一种特殊的叫做“以太”的弹性媒质来传播，并且光在水中的速度小于在空气中的速度，这与牛顿的看法正好相反。1801年，英国物理学家托马斯·杨发现光通过两条窄缝后会形成一系列“明暗相间的条纹”（与水波的干涉条纹相似），他认为光是一种“波动”，通过两条窄缝的光波“相互干涉”形成明暗交替的条纹，并把“明暗相间的条纹”称为“干涉条纹”。
（三）傅科水中光速实验与人们的选择。1850年，法国科学家傅科采用旋转镜法分别测量了光在空气和水中的传播速度，证实光在水中的传播速度小于真空中的传播速度，给“微粒说”致命一击，受限于当时人们的认识，“微粒说”“完全无法解释”光的双缝干涉实验现象，“波动理论”遂完全占据了主流，“微粒说”被贴上了“非主流”“民科”的错误标签。
（四）光的“微粒说”的“两大硬伤”。一个是光速在不同介质中其传播速度随意变化的问题：如果认为光是一种“微粒”，那么光子在真空中以光速传播、进入介质中会立即减小传播速度、再次进入真空中又会迅速增大传播速度到Ｃ，也就是说光的传播速度可以突然减小、再突然增大到光速Ｃ、再突然减小、再突然增大……，并且这一过程可以无限次重复，“微粒说”对此“完全无法解释”。另一个是光子通过双缝或者单缝后为什么会形成“明暗相间的条纹”，如果光是微粒的话，其通过单缝或者双缝后应该形成两条亮纹或者一片连续的亮区。
“微粒说”的“两大硬伤”每一个看起来都是不可逾越的高峰，只有登临绝顶才能一览众山小，才能推动物理学向前继续发展。
第二节 光子在不同介质中的传播速度是一样的
（一）公交车和出租车行驶速度实验。举一个简单例子，在一条长度为100公里的公路上每1公里设置一个车站，规定出租车在每站停留1分钟、公交车在每站停留5分钟（因为公交车每站上下车的人较多所以需要停留的时间更长）。当公交车和出租车都以每小时60公里的相同速度走完100公里公路，则出租车先到终点--因为出租车的平均行驶速度大于公交车的平均行驶速度。实际上公交车和出租车的行驶速度是相同的，只不过公交车在每站停留的时间较长从而使其平均行驶速度较慢，出租车在每站停留的时间较短从而使其平均行驶速度较快。
（二）光子在真空中和介质中的传播速度都是C。从微观角度来讲，光子在介质中传播时会不断与原子作用，而光子与原子从相互作用到分离是需要一定时间的，这样光子在介质中的传播过程实际上是传播--停留--继续传播--再次停留……继续传播的过程，在这个过程中光子的传播速度始终是Ｃ。由于光子在介质中传播时与原子作用将停留一段时间，所以光子在介质中的平均传播速度小于光在真空中的传播速度Ｃ。当光子在真空中传播时由于光子始终没有与原子作用，所以光子的平均传播速度与传播速度相同始终为C。
（三）光子与电子作用的过程。光子与原子的作用实际上是光子与原子中的电子的相互作用，原子中处于原子核静电引力束缚作用下的电子是处于“饥饿状态”的，它有“吸收”光子的可能，此时的电子在两种力的作用下处于平衡状态：一种力是电子自身的凝聚力，这种力的作用总是力图使电子维持成一个整体；另一种力的作用是原子核静电力，静电力的作用总是试图“撕扯”电子从而电子产生形变甚至“裂变”放出光子。某一时刻电子“吸收”了一个光子后质量增大，如果其内部结合力不足以抵消原子核静电力的“撕扯”作用，电子就会“裂变”放出光子并且获得反冲从而到达离原子核更远的轨道上。当电子“吸收”一个光子增大质量（其内部结合力变小），某一时刻电子受到指向原子核的扰动作用，就会沿着螺旋轨迹靠近原子核，由于电子与原子核之间的距离减小导致原子核静电力对电子的“撕扯”作用迅速增大，电子为了不落入原子核中就会“裂变”放出光子并且获得反冲从而到达离原子核更远的轨道上。
（四）原子发光是需要时间的。从光子被电子“吸收”再到电子“裂变”重新放出光子的过程所需要的时间就是电子和原子的作用时间，也是电子在原子中的“停留”时间。通常这个时间极短，一般认为数量级在10的负7次方秒左右，虽然光子在原子中的“停留”时间极短，但是光子在介质中传播时会频繁与原子作用并“停留”，这样就造成光子在介质中的平均传播速度小于光子在真空中的传播速度。
（五）光子质量越大在原子中停留的时间越长。简单来说就是能量越大的光子与原子中的电子结合后越能使电子离开稳定轨道运动到更远的地方，换句话说能量越大的光子和电子结合到分离所运动的路程越长，所以能量越大的光子在原子中的停留时间越长。一般情况下，能量大的光子（如蓝光）因为在原子中停留时间长而能量小的光子（如红光）在原子中停留时间短，所以介质中红光平均传播速度大于蓝光的平均传播速度。
来自：物理前沿探索者