(一)微粒说与波动说的思想渊源

关于对光的本性这一古老之谜的认识要追索到古希腊时代。古希腊杰出的原子论者德漠克利特 (Democritus，公元前 460—前 370)最早提出光是物质微粒的观点。他认为视觉是由物体射出的微粒进入眼晴而引起的。古希腊的另一个原子论者伊壁鸠鲁(Epicurus，公元前 341—前 270)和古罗马的原子论者卢克来修(Lucretius，公元前 99—前 55)坚持这一学说。卢克来修说：“从任何我们看见的东西，必定永远有许多原初物体流出来， 被发放出来，被散布到四周各处，这些物体撞击眼睛，引起了视觉。”[2] 原子论者的这一观点是后来把光看作某种物质实体的粒子说的萌芽。古希腊杰出的思想家亚里士多德(Aristotle，公元前 384—前 322)认为，视觉是在眼睛和可见物体之间的中间介质运动的结果。他认为这种中间介质有让光通过的可能性(潜在能力)，即是透明的，光则把这种可能性变为现实。所以，没有中间介质就没有视觉。在这个理论中包含着后来的光的波动说的思想。[2]

科学发展到了 17 世纪，法国哲学家、物理学家、数学家笛卡儿(ReneDescartes，1596—1650)提出了对光的本性的看法。英籍德国物理学家玻恩(MaxBorn，1882—1970)和美国物理学家沃耳夫(Emil.Wolf，1922

—)在他们的《光学原理》的历史引言中说：“在新哲学的创立者当中，笛卡儿可以提出来说一说，因为他根据他的形而上学观念系统地陈述了关于光的本性的见解。笛卡儿认为，光在本质上是一种压力，在一种完全弹性的，充满一切空间的介质(以太)之中传递，他并且把颜色的差异归因于这个介质中粒子的不同速度的旋转运动。”[3]笛卡儿对光的本性没有明确而统一的观点。他在他的著作《光的折射》中提出了一个比喻：光通过介质传入人眼，就象机械脉冲沿着手杖传入盲人的手和脑中一样，并没有某种

物质性的东西传入眼睛使我们看到光和色。笛卡尔在这里强调了介质的影响和接触作用，认为光是以太介质中某种压力的传播过程，所以可以把他算作波动论者。[2]

另一方面，笛卡儿又从光的微粒观念中推导出反射定律与折射定律。笛卡儿在《光的折射》中写道：“假设我们将球从 A 点击到 B 点，碰到地面CBE 时，球因受阻而偏离原来的运动方向(图9—1)。它将往哪个方向偏？ 为了简化所研究的问题，我们假定：地面是平滑坚硬的，并且球在下落和弹跳时速度保持不变。我们不考虑球在离开球拍以后能够继续运动的原因，也不考虑球的重量、大小以及形状对运动方向会有什么影响。

因为我们的目的并不是研究这些问题，而是研究光；并且上述因素对光都没有影响。”[4]

图 9—1

接着笛卡儿开始了对平滑表面上光的反射的研究。他把球的速度分解为垂直分量及水平分量。当球碰到地面时，只是球速的垂直分量方向相反， 大小不变。水平分量是不变的，由此很容易证明光的入射角等于它的反射角。

笛卡儿继续写道：“现在让我们来观察折射现象。首先假定球从 A 点被抛至 B 点，在 B 点碰到的不是地面，而是一块布 CBE，它非常稀疏和不结实，将减慢球的速度。”[4]

他仍然把速度分成垂直分量及水平分量，垂直方向速度减小而水平分量不变图 9—2。由此得

v1sini1=μ2sini2

即 sin i1

sini2

= v2

v1

图 9—2

对各向同性介质，v1、v2 与光的传播方向无关。上式右端是一个与入射角无关的常数，它表明入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数， 这样便解释了折射定律。

但是实验表明当光从光疏介质(例如空气)进入光密介质(例如水)时， 光折向界面法线即 i2＜i1，按照上述公式则 v2＞v1，从微粒论的观点看来， 光在光密介质中的光速应当大于光在光疏介质中的光速。后来，实验证明这一结论是错误的，但这是在笛卡儿以后 200 年的事了。当时他为自己的观点解释说：“⋯⋯你也许会感到惊奇⋯⋯但如果你还记得我所描述过的光的特性，你就不会为此而感到惊奇了。我曾说过，光只能设想为一种能填塞所有其它微孔的很稀薄的物质的某些运动或作用。⋯⋯所以，事情是这样的，透明体的细小部分越是坚硬，光的通过越是容易，因为光并不要使透明体的任何部分离开它们的位置，它不象球那样必须排开部分水才能从中通过。”[5]