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光的微粒说和波动说
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当黑暗的中世纪过去之后，人们对自然世界有了进一步的认识。波动现象被深入地了解和研究，声音是一种波动的认识也进一步深入人心。人们开始怀疑：既然声音是一种波，为什么光不能够也是波呢？17世纪初，笛卡儿（René Descartes）在他《方法论》的三个附录之一《折光学》中率先提出了这样的可能：光是一种压力，在媒质里传播。不久后，意大利的一位数学教授格里马第（Francesco Maria Grimaldi）做了一个实验，他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上，发现在投影的边缘有一种明暗条纹的图像。格里马第马上联想起了水波的衍射（这个大家在中学物理的插图上应该都见过），于是提出：光可能是一种类似水波的波动，这就是最早的光波动说。
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波动说认为，光不是一种物质粒子，而是由于介质的振动而产生的一种波。我们想象一下足球场上观众掀起的“人浪”：虽然每个观众只是简单地站起和坐下，并没有四处乱跑，但那个“浪头”却实实在在地环绕全场运动着，这个“浪头”就是一种波。池塘里的水波也是同样的道理，它不是一种实际的传递，而是沿途的水面上下振动的结果。如果光也是波动的话，我们就容易解释投影里的明暗条纹，也容易解释光束可以互相穿过互不干扰。关于直线传播和反射的问题，人们后来认识到光的波长是极短的，在大多数情况下，光的行为就如同经典粒子一样，而衍射实验则更加证明了这一点。但是波动说有一个基本的难题：既然波本身是介质的振动，那它必须在某种介质中才能够传递，比如声音可以沿着空气、水乃至固体前进，但在真空里就无法传播。为了容易理解这一点，大家只要这样想：要是球场里空无一人，那“人浪”自然也就无从谈起。
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而光则不然，它似乎不需要任何媒介就可以任意地前进。举一个简单的例子：星光可以从遥远的星系出发，穿过几乎是真空的太空来到地球而为我们所见，这对波动说来说显然是非常不利的。但是波动说巧妙地摆脱了这个难题：它假设了一种看不见摸不着的介质来实现光的传播，这种介质有一个十分响亮而让人印象深刻的名字，叫作“以太”（Aether）。
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就在这样一种奇妙的气氛中，光的波动说登上了历史舞台。我们很快就会看到，这个新生力量似乎是微粒说的前世冤家，它命中注定要与后者开展一场长达数个世纪之久的战争。它们两个的命运始终互相纠缠在一起，如果没有了对方，谁也不能说自己还是完整的。到了后来，它们简直就是为了对手而存在着。这出精彩的戏剧从一开始的伏笔，经过两个起落，到达令人眼花缭乱的高潮。而最后绝妙的结局则更让我们相信，它们的对话几乎是一种可遇而不可求的缘分。17世纪中期，正是科学的黎明将要到来之前那最后的黑暗，谁也无法预见，这两朵小火花即将要引发一场熊熊大火。
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饭后闲话：说说“以太”
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正如我们在上面所看到的，以太最初是作为光波媒介的假设而提出的。但“以太”一词的由来则早在古希腊：亚里士多德（Aristotle）在《论天》一书里阐述了他对天体的认识。他认为日月星辰围绕着地球运转，但其组成却不同于地上的四大元素：水、火、气、土。天上的事物应该是完美无缺的，它们只能由一种更为纯洁的元素所构成，这就是亚里士多德所谓的“第五元素”以太（希腊文的αηθηρ）。而自从这个概念被借用到科学里来之后，以太在历史上的地位可以说是相当微妙的。一方面，它曾经扮演过如此重要的角色，以致成为整个物理学的基础；另一方面，当它荣耀不再时，也曾受尽嘲笑。虽然它不甘心地再三挣扎，改头换面，赋予自己新的意义，却仍然逃脱不了最终被抛弃的命运，甚至有段时间几乎成了伪科学的专用词。
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但无论怎样，以太的概念在科学史上还是占有一席之地的。它曾经代表的光媒以及绝对参考系，虽然已经退出了舞台中央，但毕竟曾经担负过历史的使命。直到今天，每当提起这个名字，似乎仍然能够唤起我们对那段黄金岁月的怀念。它就像是一张泛黄的照片，记载了一个贵族光荣的过去。今天，以太作为另外一种概念用来命名一种网络协议（以太网Ethernet），生活在e时代的我们每每看到这个词的时候，是不是也会生出几许慨叹？
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当路过以太的墓碑时，还是让我们脱帽，向它致敬。
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上帝掷骰子吗？：量子物理史话（升级版） [:1700958594]
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Part. 3
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上次说到，关于光本质上究竟是什么的问题，在17世纪中期有了两种可能的假设：微粒说和波动说。
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然而在一开始的时候，双方的武装都是非常薄弱的。微粒说固然有悠久的历史，但它手中的力量十分有限。光的直线传播问题和反射、折射问题本来是它的传统领地，但波动方面军在发展了自己的理论后，迅速就在这两个战场上与微粒平分秋色。波动论作为一种新兴的理论，格里马第的光衍射实验是它发家的最大法宝，但它却拖着一个沉重的包袱，就是光以太的假设。这个凭空想象出来的媒介，将在很长一段时间里成为波动军队的累赘。
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两支力量起初并没有发生什么武装冲突。在笛卡儿的《方法论》那里，它们还依然心平气和地站在一起供大家检阅。导致历史上“第一次波粒战争”爆发的导火索是波义耳（Robert Boyle，中学里学过波马定律的朋友一定还记得这个令你头疼的爱尔兰人）在1663年提出的一个理论：他认为我们看到的各种颜色，其实并不是物体本身的属性，而是光照上去才产生的效果。这个论调本身并没有关系到微粒波动什么事，但却引起了对颜色属性的激烈争论。
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在格里马第的眼里，颜色的不同，是因为光波频率的不同而引起的。他的实验引起了罗伯特·胡克（Robert Hooke）的兴趣。胡克本来是波义耳的实验助手，当时是英国皇家学会的会员（FRS），同时也兼任实验管理员。他重复了格里马第的工作，并仔细观察了光在肥皂泡里映射出的色彩以及光通过薄云母片产生的光辉。根据他的判断，光必定是某种快速的脉冲，于是他在1665年出版的《显微术》（Micrographia ）一书中明确地支持波动说。《显微术》是一本划时代的伟大著作，它很快为胡克赢得了世界性的学术声誉，波动说由于这位大将的加入，似乎也在一时占了上风。
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然而不知是偶然，还是冥冥之中自有安排，一件似乎无关紧要的事情改变了整个战局的发展。
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1672年年初，一位叫作艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的年轻人因为制造了一台杰出的望远镜而当选为皇家学会的会员。牛顿当时才29岁，年轻气盛，正准备在光学和仪器方面大展拳脚。我们知道，牛顿早在当年乡下老家躲避瘟疫的时候，就已经在光学领域做出了深刻的思考。在写给学会秘书奥尔登伯格（Henry Oldenburg）的信里，牛顿再一次介绍了他那关于光和色的理论，其内容是关于他所做的光的色散实验。2月8日，此信在皇家学会被宣读，这也可以说是初来乍到的牛顿向皇家学会提交的第一篇论文。它在发表后受到了广泛关注，评论者除了胡克之外，还包括惠更斯、帕迪斯（I.G.Pardies），以及牛顿后来的两个眼中钉―弗莱姆斯蒂德（John Flamsteed）和莱布尼兹（Gottfried Leibniz）。
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牛顿在做色散实验原画John Houston 1870
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色散实验是牛顿所做的有名的实验之一。实验的情景在一些科普读物里被渲染得令人印象深刻：炎热难忍的夏天，牛顿却戴着厚重的假发待在一间小屋里。窗户全都被封死了，所有的窗帘也被拉上，屋子里面又闷又热，一片漆黑，只有一束亮光从一个特意留出的小孔射进来。牛顿不顾身上汗如雨下，全神贯注地在屋里走来走去，并不时地把手里的一个三棱镜插进那个小孔里。每当三棱镜被插进去的时候，原来的那束白光就不见了，而在屋里的墙上映射出一条长长的彩色宽带：颜色从红一直到紫。这当然是一种简单得过分的描述，不过正是凭借这个实验，牛顿得出了白色光是由七彩光混合而成的结论。
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然而在牛顿的理论里，光的复合和分解被比喻成不同颜色微粒的混合和分开。他的文章被交给一个三人评议会审阅，胡克和波义耳正是这个评议会的成员，胡克对此观点进行了激烈的抨击。胡克声称，牛顿论文中正确的部分（也就是色彩的复合）是窃取了他1665年的思想，而牛顿“原创”的微粒说则不值一提，仅仅是“假说”而已。这个批评虽然不能说全无道理，但很可能只是胡克想给牛顿一个下马威。作为当时在光学和仪器方面独一无二的权威，胡克显然没把牛顿这个毛头小伙放在眼里，他后来承认说，自己只花了3～4小时来阅读牛顿的文章。不过胡克显然没有意识到，这次的对手是那样与众不同。
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光的色散
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牛顿大概有生以来都没受过这样直截了当的批评。他勃然大怒，花了整整四个月时间写了一篇洋洋洒洒的长文，在每一点上都进行了反驳。胡克惨遭炮轰，他的名字出现在第一句里，出现在最后一句里，在中间更是出现了25次以上。韦斯特福尔（R.S.Westfall）在那本名扬四海的牛顿传记《决不停止》（Never at Rest ）中描述道：“（牛顿）实际上用胡克的名字穿起了一首叠句诗。”而且越到后来，用词越是尖刻难听。就这样，胡克大言不惭在前，牛顿恶语相讥于后，两个人都格外敏感且心胸狭窄，最终不可避免地成为对方毕生的死敌。牛顿的狂怒并没有就此平息，他对每一个批评都报以挑衅性的回复，包括用词谨慎的惠更斯在内。他撤回了所有原本准备在皇家学会发表的文章，到了1673年3月，他甚至在一封信里威胁说准备退出学会。最后，牛顿中断与外界的通信，让自己在剑桥与世隔绝。
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