深度長文：光，或許是通向世界本質最基本的存在！

光是最接近世界本質的存在，從某種意義上來說，對光的本質的研究引領了物理學的革命，光的歷史構築了物理學的歷史。

黑洞邊緣的光

光一直以來都是哲學家和科學家的興致所在。赫拉克利特說，光是燃燒的過程，而非燃燒的東西；牛頓認爲光既在同一直線上相繼，又在不同直線上同時；愛因斯坦考慮到，光速是不受時間約束，永恆不變的存在。光的歷史大體可分成三個階段：幾何光學、具象光學和抽象光學。

幾何光學

人類早期的光學研究爲幾何光學，把光作爲一種幾何概念的存在，主要觀察光的直線傳播、反射規律、透鏡成像等經驗問題，不涉及光的本質，但仍然蘊含着哲理。

月食

戰國時期，墨翟在《墨經》中就提到了光和影的關係，認爲光從物體發出或被物體反射，從而被眼睛看見。古希臘時期，阿那克西曼德特提出了月亮因反射太陽的光線而發光，亞里士多德對眼睛向物體發出視線的說法產生質疑。公元前3世紀，歐幾里得在《反射光學》中，給出了人類在光學領域第一個定量的反射定律，整個幾何光學的巔峰當屬費馬原理：光線傳播的路徑總是需時最少的路徑。

費馬原理：光程泛函的變分爲零δF(t)=0。

具象光學

關於光的認知，真正走向近代科學的是達芬奇、伽利略和笛卡爾等人，笛卡爾在1635年的《折光學》中第一次假設平行於兩種介質界面的速度分量不變，對摺射定律進行了理論推證，並首先提出了關於光的本性的兩種假說，一種認爲光是類似微粒的一種物質，後來成爲牛頓支持的微粒說；另一種認爲光是一種以”以太“爲介質的壓力，也就是惠更斯堅持的波動說。

以太：所有的空間，甚至在恆星之外最遙遠的距離上，都應充滿着物質。——笛卡爾

牛頓通過思考認爲，假如光是一種波，它應當同聲音一樣繞過障礙物，而不產生影子，又經過雙折射實驗發現，光線在不同的側面應被賦予了不同的性質，這一卓越的靈感使得牛頓加深了對波動說的反對，因爲如果壓力或者波動通過均勻介質傳播而來，必定在所有側面都是相同的。

雙折射與偏振：光波電矢量振動對於光的傳播方向失去對稱性

1672年，牛頓在《關於光和顏色的理論》中提出光的複合與色散：光不同顏色的微粒混合或分開構成了光的各種顏色。

光的色散實驗：同一可折射性總是屬於同一顏色，同一顏色總是屬於同一可折射性。

牛頓折射定律：入射正弦與折射正弦成一給定的比率。AD是入射角正弦，EF是折射角正弦。

1704年牛頓在《光學》中又將微粒說與牛頓力學體系融爲一體，合理地解釋了反射和折射定律，由此光的微粒說佔據上風。

光的波動說：以蠟燭火焰的ABC三點爲中心作出的同心圓表示來自它們的光波

另一種是惠更斯堅持的波動說，惠更斯認爲，假設光是一種微粒，那麼光在交叉時就會發生碰撞而改變方向。1690年，惠更斯在《光論》中建立了惠更斯原理：介質中任一波陣面上的各點，都是發射子波的新波源，其後任意時刻，這些子波的包絡面就是新的波陣面。根據此原理，可以完美地推導出光的反射和折射定律。

反射定律

折射定律

1801年，托馬斯楊進行了著名的楊氏雙縫實驗，光屏上出現了明暗相間的黑白條紋，並首次提出了光是一種橫波以及光的干涉現象，後來菲涅耳用兩個平面鏡產生的相干光源完成了光的干涉實驗，夫琅禾費通過光柵發現了光的衍射現象，光的波動說逐漸牢固。

夫琅禾費衍射

在這個相當長的時期內，人們對光波的理解僅僅侷限於某種介質的力學振動，衆所周知的“以太”就是所謂光的載體。

抽象光學

1865年，麥克斯韋建立了電磁場的麥克斯韋方程組，推出電磁場的擾動以“以太”爲介質振動傳播，並計算出光速爲每秒31萬千米（∂²ψ/∂t²-c²∂²ψ/∂x²=0）。1887年，邁克爾遜莫雷實驗否定了地球相對於“以太”運動，“以太”進而失去了作爲絕對參考系的價值，使得人們接受了電磁場本身就是物質存在的一種形式，最終讓光速不變原理和狹義相對論原理得到普遍認同。

麥克斯韋方程組

1887年，赫茲發現了光電效應，光的微粒性再一次被證實，1900年，普朗克首次提出量子化假設（ε=ℏω），1905年愛因斯坦提出光量子假說（E=hv），同年康普頓證明了X射線的微粒性（λ=h/mc²）。1923年，德布羅意提出的波粒二象性（λ=h/P），1927年湯姆生在實驗中證實了電子束的波動性質。量子力學的建立衝破了把光僅僅理解爲某種振動的狹隘觀念，人們終於意識到光的抽象理念。

克西米爾效應

20世紀後期，科學家認識到真空漲落存在虛光子（i-Photon），1948年，克西米爾發現了真空量子化的克西米爾效應(F=-Cπ/d²)，1954年楊振寧創立了楊——米爾斯理論，基本粒子的行爲不再符合對稱羣描述。

楊——米爾斯理論

光既是粒子又是波，既確定又不確定，既是概率又是實體，光的概念由模糊到具象再到抽象，最終的“經驗”慢慢靠近最初的“印象”，似乎暗示了某種循環，蘊藏着某種深刻的意義。

光在各種創世的神話之中象徵着世界的秩序