我们每天都享受着阳光，可是从什么时候起，人类开始思考光到底是什么呢？如果世界是由原子组成的，那么光也有最小的单元吗？今天我们就来说人类对于光的探索。

光有很多有意思的现象，就比如，为什么镜子里能够看到一个相同的自己呢？这个问题早在我国古代的墨子就已经发现了，“景日之光反烛人，则景在日与人之间。”不过墨子仅仅是描述了这种现象，很可惜没有总结规律，光的反射定律大概是公元前3世纪古希腊时期柏拉图学派发现的，其实很简单，反射定律就是入射角等于反射角。

光还有一个有意思的现象，就是当一束光从空气射入水中的时候，光路会发生偏折，我们现在知道这个现象叫做折射，不过在几千年前人类只是单纯的觉得好玩，好奇，也是在古希腊时期大概是公元100年左右，天文学家托勒密就专门研究过这个折射问题，不过他给出的答案是入射角与折射角成正比，那我们现在知道，正确的折射定律是入射角和折射角的正弦值之比是一个常数，这个常数取决于介质的折射率。

一直到了17世纪，天文学家受不了了，因为，1603年的时候望远镜出现了，人类可以观测更远的光了，但是就出现了一个问题，遥远的星体传过来的光会受到大气层的折射，然后又没有折射定律，就是折射不知道啥规律，所以天文学家就没法准确判断这个光是从什么地方传过来的。

从17世纪开始，折射问题就成了物理学当中不得不研究的棘手问题。1611年，开普勒就曾经研究过，但是也没有给出正确答案，不过开普勒借此机会发现了全反射。到了1621年，荷兰的斯涅耳重新利用开普勒的方法给出了折射定律最早的版本，就是入射角和折射角的余割之比是一个常数，余割就是正弦的倒数嘛，这是最早的版本，不过斯涅耳在生前没有发表出来，后来是惠更斯在整理斯涅耳的手稿的时候发现了这个公式，于1703年公布了出来，说这个折射定律是斯涅耳先发现的，所以折射定律又叫做斯涅耳定律。我

们现在看到的两个角正弦之比是常数这个版本的折射定律是笛卡尔在1637年给出的，笛卡尔是数学家，所以他在推导折射定律的时候甚至都没有做实验，也没有参考斯涅耳的结果，他是用了他自己的假设，他把光假设成了球，然后用力学规律推导出来的，居然结果是正确的。不得不说，折射定律的发现是光学发展史上的一个里程碑事件。不仅仅是因为它解决了天文学家在望远镜上的观测问题，而是折射定律引发了人们对于光的进一步思考，就是光的本性是什么。就连笛卡尔本人也是很矛盾的，他自己把光假象成小球推导折射定律，但是他却认为光应该是一种波，一种类似于弹簧的波，就是一个无限长的弹簧，还可以拉伸。

是谁第一个把光和水波进行类比的呢？是意大利的数学家格里马第，他发现了光的衍射，衍射这个词就是他起的名，衍射的拉丁语直译过来就是成为碎片的意思。格里马第发现当光遇到障碍物的时候会发生不同程度的散开传播，就像这样，然后他就联想到了水波，当时人们总结出了光的三种传播方式分别是直线传播、反射和折射。格里马第就说，除了这三种传播方式还有第四种，就是我发现的这个衍射。这算是最早的波动说了，再后来又一个人把他的思想拓展了。

这个人就是惠更斯，其实十七世纪人们除了研究光以外还在研究声音，惠更斯受此启发，他把光类比成声波，但是声波是纵波，纵波就是质点的振动方向和波的传播方向一致，这个波就是纵波。举例子，比如敲锣，duang~然后这个锣这样振动，它产生的声波就是向这个方向和这个方向传播的，和振动方向一致，所以声波是纵波。横波是什么意思呢，就是质点的振动方向和波的传播方向垂直，那这个波就是横波。就比如健身房的甩绳，你是上下甩的，然后你看波的方向是向你前方传递的，也就是和你甩动的方向相互垂直，这就是横波。光波其实是横波而不是纵波，但那个时候惠更斯不知道，所以他的波动理论很难正确解释衍射和偏振现象。

而就在同时期的牛顿则认为光就是粒子，他甚至还把光子假象成小球来做计算。毕竟牛顿是研究天体的，假象成小球也会更方便一些。但是正因为牛顿万有引力定律的卓越贡献，人们其实更愿意相信牛顿的微粒说，而不是惠更斯的波动说。时间一长，波动说就不再被人们关注了。

作者：妈咪说科普创作者

审核：罗会仟中国科学院物理研究所副研究员

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