Starrix 星匯點 – 專題報導：光的本質

專題報導：光的本質

7 月 04, 2013 Einstein 天文資料庫, 專題文章在〈專題報導：光的本質〉中留言功能已關閉

沒有光，我們就無法看東西，更不會有天文學。那光到底是甚麼東西？這個問題困擾了科學家上千年的時間，有人說光是波動、也有人說光是粒子，究竟誰是誰非？本文將從歷史角度講述這個問題。

在公元前500年，恩培多克勒提出，光是由四大元素中的火所形成（四大元素：風、火、水、土），他認為我們之所於能看見物體，是由於從我們眼睛中湧出的光接觸到這些物體，情況就有如X-Men中的鐳射眼般，這個理論被後人稱為射視發射論。但這個理論受到了很大的質疑，其中歐幾里德問了一個很有意思的問題：為何我們張開眼睛即可見星星？當時的解答為：眼死光以極速傳播。這個答案看似很無聊，但我們已隱約看到了當時人們已認為光速十分快。

歐幾里德是一位偉大的數學家，他所著的《幾何完本》創立了歐氏幾何的基礎，到今天仍深深的影響著我們。而他亦將幾何學的概念引入光學中，開創出後世稱為幾何光學的學科，當中研究了光線的傳播路徑、折射與反射等表現。

時間轉眼跳到16世紀（公元5世紀至15世紀為歐洲黑暗時代，科學研究基本上完全停頓），光學、天文學等的研究又再次復興起來，而今次則是對光的本質進行了一場長達數百年的爭論。當時光粒子說和光波動說各有它們的支持者，雙方各自提出理據支持自己的學說，其中笛卡兒認為光是發光體引發在介質中傳播的機械波，又將光與聲音作類比。至於伽燊迪則認為光是由粒子組成，由發光體將光粒子向四周發射，而且由於是粒子的關係，傳送時無需傳播介質。

而牛頓亦認為光是粒子，理據為波動經過障礙物會有繞射，但光沒有。

所謂繞射，是波動的一種特性，指一個波經過障礙物時傳播方向改變的現象。但當格里馬第在1665年首次觀察到光的繞射時，牛頓仍然為光粒子說護航，認為光粒子會在以太中產生局部波動(localized wave)，所以出現繞射現象。

其後惠更斯提出了自己的波動理論，他認為光在以太中以波動形式傳播，而光波可互相干涉，即兩個同調（或同源）的波相遇後會產生疊加或抵消的現象，引致出現一光一暗的排列，惠更斯進一步推論光是橫波，會出現偏振現象，即振動方向對於傳播方向的不對稱性，而在光的偏振面上，可以有各種偏振方向的光矢量，可以是線、橢圓或圓形。