【波、粒子与罗曼史】【背景详述】
【波、粒子与罗曼史】【背景详述】
//参考资料：曹天元《上帝掷骰子吗》
//本文前半段的背景基于第三次波粒战争，即大致为20世纪初——二战前夕这段时间。而老万和教授在学者时代主要的分歧点也就在于他们所支持的“理论流派”相异——前者是粒子说的坚定拥簇，后者则对建立在麦克斯韦方程组之上的波动说一往情深，这在日后将他们导向了量子论的两个方向：矩阵力学与波动方程。
- 第一次波粒战争
“光的本质到底是什么？”
古希腊时代的人们总是倾向于把光看成一种非常细小的粒子流——这是微粒说的起源
光的粒子说认为，光是由一粒粒非常小的“光原子”组成的，这显然非常符合时下的大背景与人们的直观感受，但时代的局限让当时的科学家很难说清为什么两道光束相互碰撞不会互相弹开，以及它们的数量是否允许无限多，等等。
当黑暗的中世纪过去后，人们对于自然世界有了更为深刻的认识，17世纪初，笛卡尔在其著作《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，在煤质中传播。
不久后，意大利数学家格拉马蒂让一束光穿过两个小孔后照到暗室的边缘上，出现了一种明暗条纹相间的图像，这让他想起了水波的衍射，于是他提出了：光可能是一种类似于水波的波动——这是最早的光波动说。
光的波动说认为：光不是一种物质粒子，而是因为振动而产生的一种波动，其介质称为“以太”。
一开始的时候，双方的武装都非常薄弱——微粒说虽然拥有古老的历史，但其力量有限，这体现在即便是它的传统领地：直线传播、反射折射后来都被波动说一一完美解决；而波动说虽凭借格拉马蒂衍射实验登上历史舞台，却因为其假想的介质“以太”饱受诟病，这在日后也变成这个理论最大的弱点。
两个理论第一次交锋的导火索在于波义耳在1663年提出的一个理论，这个论调本身没有什么特别之处，但却引起了双方对于颜色属性的激烈讨论。
波动说认为，颜色的不同是因为光波频率不同而引起的，但粒子说却对此感觉不敢苟同——顺便一提，他的衍射实验引起了后来发表了《显微术》的罗伯特·胡克的兴趣，后者在观察了光在肥皂泡里映射出的色彩与光通过薄云母片而产生的光辉之后加入了波动说的阵营。
几乎与此同时，以色散实验与光学仪器闻名的艾萨克·牛顿因为胡克对其傲慢到略显大言不惭的批评而开始了用词尖刻难听的挑衅式回击，他不仅撤回了所有准备发表的论文，还在一封信中威胁要退出皇家学会。后来也正是由于二人不断升级的矛盾冲突，牛顿一改之前在两种学说间摇摆不定的立场转而完全的倒戈向微粒说，当然，这都是后话。
就在牛顿隐居剑桥而胡克鸣金收兵——双方主将偃旗息鼓之际，波动说未来的中流砥柱——荷兰物理学家惠更斯迅速成长起来，他引入了“波前”的概念，定性却精确的推导了光的几种经典传播定律。
之后，随着光学研究的不断深入，新的战场在不停开辟，双折射现象与牛顿环相继面世。惠更斯在原有的波动学说上稍作改动之后就在这些应用方面取得了不可思议的突破，他于1690年出版的著作《光论》标志着波动说在这个阶段达到了一个兴盛的顶点。
但好景不长，牛顿的存在对于波动说来说就如同一个定时炸弹。他在1704年发表的《光学》从粒子角度极其详尽的阐述了波动说之前提到的一些诸如牛顿环与薄膜透光之类的现象，还非常聪明的吸收了对手的某些关键却又不涉及本质的概念如振荡与周期，并将其与他的力学体系结合在一起，最重要的是——他提出了很多用波动理论无法解释的困难，这使得粒子说在短时间内对波动说达成了堪称摧枯拉朽的打击，人们对他的力学体系顶礼膜拜，而波动说则因为胡克与惠更斯的去世而群龙无首。
故而第一次波粒战争以波动说的惨败而告终。
- 第二次波粒战争
第二次波粒战争在近一个世纪后再次打响。
这次为波动说擎旗呐喊的是被称为“物理学史上最后一位全才”的托马斯·杨（Thomas Young），他著名的双缝干涉实验——事实上他只用一张卡片将光束分隔成两半以达到双缝的效果，制造出令微粒说难以解释的明暗条纹，但马吕斯立刻发难，他所发现的偏振现象也使得波动说一筹莫展。但是杨毫不退缩，他在给马吕斯的信中写道：“…您的实验只是证明了我的理论有不足之处，但没有证明它是虚假的。”
就在此关乎生死存亡的关头，一位不知名的法国工程师在法国科学院的悬赏征文竞赛中以波动说为根基辅以严密的数学推理极为圆满的解释了光的衍射问题——31岁的菲涅尔一战成名。
并且他的这篇论文还带来了一个史上非常有名的现象——泊松亮斑，即是指将他的理论推广到圆盘衍射的时候在中央区域的阴影中会出现一个亮斑，事实上这并非是由泊松用实验证明的，恰恰相反，在泊松主张摒弃菲涅尔的观点时，是另一位支持波动说的评委阿拉果在关键时刻站出来坚持要进行实验观测，结果证明真的有一个亮点出现在了阴影中间。
菲涅尔的振臂一呼助波动说起义军的烽火迅速燃遍光学的每一个领域，之后这位被后世誉为“现代光学之父”的工程师又做出了光是横波而非胡克所坚持的纵波的开辟性假设，他的《关于偏振光线的相互作用》攻克了偏振难题，之后的介质光速测量实验又一次证明了微粒说的不足，而波动说在两战两捷之后迅速攻城拔寨，但由于菲涅尔理论遗留下的“以太”难题而仍然未能向对手发出致命一击。
最后一战的冲锋号由詹姆斯·麦克斯韦吹响。
这位不亚于伽利略与牛顿的伟人只手创立了麦克斯韦方程组——那四个代表着几乎全部科学之美的方程式，串联起全部的电磁现象，并预言了光只是电磁波的一种。
这个理论在1887年被海因里希·赫兹以铜球放电实验证实，至此，物理学的一个新高峰——电磁理论终于被建立起来——法拉第为它打下地基，麦克斯韦建造了主体，而赫兹为这座大厦封了顶。
波动说突然发现，此时的它已经不仅仅是光领域的统治者，而且业已成为整个电磁王国的最高司令官，它的光辉在此刻到达了顶点。
因此，第二次波粒战争以波动说的全面胜利告终，但当时疯狂欢庆的人们没有看见，即使是伟大如赫兹也没有发现——那证明一切的铜球之间闪烁的电火花里蕴藏着第三次波粒战争的导火索，从这里面甚至催生出了1905年里诞生出的奇迹的五分之一——当然，那都是后话了。
