泊松亮点(波粒战争，光的本质是什么？)
上一个视频，我们说爱因斯坦在1905年提出了光量子假说，顺便解释了19世纪末遗留下来的光电效应。
即使美国实验物理学家米利根验证光电效应10年，发现爱因斯坦的光电效应公式完全正确。
然而，仍然没有人相信量子化是能量的本质。充其量，人们认为能量只有在与物质相互作用时才会表现出量子化的形式。
那个问题是，为什么所有人都固执地认为光的本质是波，却不能接受光是量子。这就是我们今天的主题:人类对光的认知。
从古希腊开始，人们就认为光是微小的粒子流。没有什么特别的原因，他们觉得粒子很熟悉，理所当然地认为光就是粒子。
在17世纪之前，这种观点没有改变，对光的认识也基本没有进步。到17世纪初，这种情况发生了变化。之一个提出不同意见的人是意大利数学家格里马·迪，他发现把一个物体放在阳光下形成的阴影边缘是模糊的。
这提醒了马尔迪，水波可以绕过障碍物，在障碍物后面运行。如果光也被视为波，那么一部分光会跑到物体的阴影部分，导致阴影的边缘不是明暗的界面。
对了，他给这种现象起了个名字叫衍射，或者衍射。从此，除了粒子理论，还有波动理论。
英国皇家学会的胡克继承了格林玛迪的思想，于1665年发表了显微镜术，明确支持波动理论，描述了光在肥皂泡上反射的颜色。
其实这个时候，人们已经找到了波的最有力的证据，那就是衍射。不出意外，这个时候光的波动理论已经可以定了。毕竟粒子不能解释衍射。
但是上帝可能觉得，这个时候让人类自己知道波动有点不符合剧本，于是他就想，谁该进去搅一局呢？这时，一个牛顿半路被杀了。
1666年牛顿刚从三一学院毕业，他正在家里躲避瘟疫。牛顿大部分时间都在烧炉子，搞炼金术，累了就玩光学实验。这两件事是牛顿更大的爱好。
那时候的光学实验无非就是拿个镜头。这里看看，那里看看，于是牛顿发现了光的色散。牛顿还在1668年发明了反射望远镜。与之前的折射式望远镜相比，反射式望远镜重量更轻，没有色差。
凭借这项发明，牛顿于1672年被选入皇家学会。他提交给皇家学会的之一篇论文是他多年来对光学的研究。论文总结了色散理论，提出光是不同颜色粒子的混合物。
其实牛顿心里也知道格林玛的发现。写这篇文章时，牛顿左右摇摆。虽然他选择了粒子，但是他心里没有把握。可惜发生了一件事，让牛顿觉得自己要一辈子坚持粒子理论，即使做各种补充也不能放弃。
牛顿是新来的，但胡克已经是英国皇家学会在光学方面的权威了。胡克强烈批评牛顿的文章，说牛顿盗用了他1665年的思想，粒子毫无用处。
胡克当时肯定是忽悠了那个年轻人，但让胡克意外的是，他这次真的摸了老虎的 *** 。牛顿是出了名的小心眼，骄傲，自大，自我崇拜，缺点很多，但这架飞机是有才华的。
从此，胡克成了牛顿的眼中钉。你说光是一种波。好吧，我认为光是粒子，所以牛顿成为了粒子理论的坚定支持者。
一方面，牛顿的影响力越来越大，另一方面，1703年牛顿去世，胡克也没能挺过来。次年，牛顿发表了他的代表作《光学》，用粒子解释了光的折射和反射，连衍射现象也用牛顿神奇的力学定律来补充。
牛顿甚至解释了这样一个难题。既然光是粒子，为什么有的粒子穿透玻璃，有的粒子打在玻璃上却被反射回来？
不学量子力学就无法解释这个问题，而牛顿当时也给出了看似完美的答案，何况其他人。
牛顿说，当一个光粒子在以太中传播时，会引起以太的扰动，形成以太波。当光粒子在以太波中飞行时，以太波有时发射，有时透射，光粒子也随着以太波反射和透射。
这个说法比较神奇，说是波粒二象性，根本不匹配，更像德布罗意的导波理论。这个理论将在我们后面的视频中解释。
这么神奇的牛顿，胡克绝对不是对手。在此期间，还有一个波动的支持者。他就是荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯；
1690年，惠更斯出版了《光的理论》一书。他用波完美地解释了折射和反射，认为衍射用波更合理。
而且，他还指出，如果光真的是牛顿所说的粒子，为什么我们看不到两束光相交时会发生碰撞？
同样，惠更斯也无法阻止牛顿光学的发表，因为惠更斯死于1695年，牛顿从那以后又活了32年。支持浪潮的人基本上没和牛顿一起生活过。
但这只是一个方面。此时的牛顿已经成为经典物理学的教皇，牛顿的话会被奉为真理。不管谁反对牛顿，他活多久都没关系。
至此，牛顿对光的解释统治了整个18世纪。牛顿、胡克和惠更斯关于光的本质的争论被称为之一次波粒战争，以粒子的胜利而告终。
显然，“粒子”的胜利并不是全面的胜利，也没有说服所有人。更多的是牛顿光环在起作用。
虽然牛顿去世了，但是整个18世纪，牛顿建造的经典力学大楼依然气势恢宏，牛顿的光环依旧，但这并没有影响革命者的出现。
1801年，新世纪伊始，一位英国眼科医生对光学非常感兴趣。他就是著名的托马斯·杨。他研究了上个世纪的光学著作后，也觉得牛顿为什么要绕来绕去地用力学解释光的衍射。用波动直接解释似乎更自然。
同年，他提出了干涉的观点。如果光真的是波，那么当一束光穿过两个狭缝时，就会在屏幕上留下明暗相间的干涉条纹。如果光是一个粒子，屏幕上只有两条明亮的条纹。
这就是著名的杨氏双缝干涉实验。这个实验非常简洁美观。在家里点根蜡烛就能完成。
杨发表观点后，因为挑战牛顿的权威，遭到了非黑即白的恶毒攻击。当然，这些骂人的都不是正经科学家，只是科学家比较有文化，顶多在背后嘲笑讽刺。
而民间文人也不管这些，写信骂人，很难听到什么。杨知道自己犯了众怒，急忙写了一本小册子，印了出来。
上面的话大多表达了牛顿有多好，有多崇拜牛顿，但牛顿也可能犯错误，他的权威可能阻碍科学的进步。
结果只卖出了一本小册子。
杨的实验虽然没有完全否定粒子理论，但却引起了第二次波粒大战。这场战争的主场不在英国，而在法国，这可以理解。英国谁敢说牛顿是错的，就等着被喷吧。在法国不一样。毕竟牛顿是错的，法国人不丢脸。
此外，19世纪的世界科学中心正从英国转移到法国。
1819年，法国科学院提出了一项奖励征文比赛。竞赛内容为:通过精密的实验确定光的衍射现象，用数学推导出光穿过物体时的运动。
法国一位名不见经传的工程师菲涅尔向科学院提交了一篇论文，其中涉及到一个非常微妙的实验:圆盘衍射，用严谨的数学分析来解释实验结果。
支持粒子的科学院的泊松说，他看了菲涅尔的论文后认为:如果菲涅尔的结论是正确的，那么一束光通过适当大小的圆盘后，会在圆盘阴影的中心看到一个亮点，在圆形阴影的外围会形成一个宽度越来越小的亮环。
在泊松看来，周围的亮环是可以接受的，但是亮点绝对不可能出现在盘影的中心。无论骡子是骑马还是骑马出来散步，一眼就能看出陪审团安排了上述实验，结果与菲涅耳的计算完全一致。
我不知道为什么这个被圆盘衍射的亮点叫做“泊松亮点”而不是“菲涅尔亮点”。但是，这并不妨碍菲涅耳成为继牛顿和惠更斯之后，光学领域的第三位传奇人物。
此后，菲涅耳也提出光不是惠更斯认为的纵波，而是横波，类似于水波。振动器上下振动，横波解释了1809年发现的光的偏振。偏振说光可以上下振动，可以躺着振动，也可以以一定角度来回振动。
这个粒子会宣告破产吗？不，粒子和波的理论预测有分歧。粒子认为光在致密介质中，比如水，比在空气体中传播得快，而对波的预测则相反。
1850年，法国人福柯测量了光速在水中的速度，只有在空气中的3/4。从此，粒子彻底破产，人们相信牛顿会出错，不可思议。
在未来的科学界，只要科学家想表达自己的观点，被权威压制，就会以牛顿为例，说牛顿的权威当年是如何压制托马斯·杨，阻碍科学发展的，以示愤怒。
那么人们的困惑是，既然光是一种波动，那么它的属性是什么呢？这个问题很快就有了答案。
1856年，麦克斯韦统一了电磁学，顺便提一下，统一了光学。光是电磁波的一种，在我们之前的视频中已经提到了，这里就不多说了。
第二次波粒大战至此结束。与之一次波粒战争相比，第二次波粒战争的胜利可以说是彻底的胜利，所有人都深信不疑。
然而，事情远没有结束。人类对光的认识只是一点皮毛，未来还有很长的路要走。
赫兹刚刚在1887年证明了电磁波的存在。1905年，仅仅过了十几年，爱因斯坦就说光是量子化的，这又一次让人们想起了之前的粒子和牛顿权威的铁拳法则。
很难避免人们的厌恶和排斥，所以人们在爱因斯坦提出光量子之后，一直到他1922年获得诺贝尔奖，都在极力回避。
爱因斯坦不知道光的干涉和衍射吗？这些现象只能用波动来解释。爱因斯坦在提出光量子的时候，以及之后的日子里，是否放弃了涨落？
其实并没有。爱因斯坦也知道需要波来解释一些波动现象，但他也认为光是量子化的。这可以从他1909年9月在德国自然科学学会的一次演讲中看出。爱因斯坦一直在思考波和粒子的关系。
他演讲的题目是:关于辐射的组成和性质，关于我们对发展过程的看法。他认为未来物理学中会出现一种全新的关于光的理论，波和粒子缺一不可。然后他话很多。
普朗克之一个站出来反对爱因斯坦。
虽然没有人接受，但爱因斯坦的话可能是最早的关于波粒二象性的预言，也可以说是玻尔互补原理的雏形。我之前说过，爱因斯坦更大的优点是他的物理直觉无与伦比。
他也是之一个把概率解释引入量子理论的人，那是在1916年。这个概率解释不是波恩对波函数的概率解释。请不要急着喷我，这个我们后面会提到。
然而此时爱因斯坦已经把研究的重点放在了如何使牛顿的引力方程符合洛伦兹协变上，所以在1915年之前他从来没有考虑过量子论。毕竟，一个人只能专注于一件事。
在量子理论中，爱因斯坦短暂地退居二线，但我们受到了另一位伟大的上帝尼尔斯·玻尔的欢迎，在他的手中，量子理论达到了顶峰。
从下一个视频开始，我们将回归量子理论，进入原子世界，介绍人们如何解决19世纪遗留下来的问题，比如原子模型、原子发射光谱、元素周期表的排列、化学性质等等。
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