上帝說：「要有光」，于是世界就亮了，人們也才看得清這世間的萬事萬物。雖然咱們中國人不歸上帝管，光也不是因為上帝才被創造出來的，但是不可否認的是， 如果沒有光，我們什麼都看不見。

光是什麼？

嚴格意義上來說， 光指的是人類眼睛可以看得見的 電磁波，這就是我們通常說的 可見光。而我們的視覺，其實就是對可見光的知覺。

光無處不在，但 人類能看得見的光卻是有限的，肉眼可見的光只是電磁波譜上的一段，波長 介于400至700納米之間，稍微比紫外線長一些，但是又比紅外線短。

在這個頻率之外的光，我們的眼睛就看不見了，但是它們也是光，比如 紫外光、紅外光和X光。

雖然光隨處可見，但關于光到底是什麼，人類卻吵了幾百年。

是波還是粒子？

這場爭論從傳統牛頓力學世界觀中就開始了，早在17世紀，許多有名的物理學家就加入了這場辯論。

當時的學術界被分為 光微粒說與光波動說兩個陣營。前者認為， 光是微小粒子組成的，后者則相信， 光是彌漫在宇宙中的以太所傳播的擾動。

雖然兩種學說都能解釋一部分光產生的現象，比如 光微粒說能夠正確解釋為什麼光能只限移動與反射，而 光波動說則能解決光是如何在球面上傳播的問題， 但二者都無法解釋為什麼光會出現衍射現象。

受到當時物理學大拿牛頓的影響，光微粒說在17世紀至18世紀稍稍站了上風，然而到十九世紀初， 托馬斯·楊和奧古斯丁·菲涅耳兩位物理學家用實驗清晰地證實了 光的干涉和衍射特性，并且用 光波動說合理解釋了這些特性。

在客觀存在的實驗面前，學術界開始動搖，從1830年開始，光波動說已經完全被學界接受。

1865年，詹姆斯·麥克斯韋的理論預言光是一種電磁波，證實電磁波存在的實驗由海因里希·赫茲在1888年完成，這被認為標志著光微粒說的徹底終結。

光是一種波動，這成了共識，但是就算是麥克斯韋都 無法將所有光的性質解釋明白。

比如在經典電磁理論中，光波的能量只和波場的能量密度有關，物理學家無法將光的頻率和實驗結果聯系起來。

還有 光電效應實驗，在實驗中，只有將足夠高頻率的光束照射在金屬板上，光電子才會被發射，這又和前文的現象顛倒過來了， 實驗只與光的頻率有關，卻和它的能量無關了。

無論是哪套理論，都無法完美地解釋光的現象，于是學術界又出現了質疑的聲音，好在現代物理學的「紫微星」來了。

光量子

首先是普朗克，他提出 任何系統發射或吸收頻率為v的電磁波能量，總是為E=hv的數倍。接下來是愛因斯坦，愛因斯坦以普朗克的假說為基礎，提出了 光量子假說，這個假說對對光電效應作出了成功的解釋。

然而，大部分物理學家不愿意相信光具有粒子性，這是因為 麥克斯韋理論的高度完備性和正確性使得人們很難相信這是錯的。

愛因斯坦曾為他這一理論的不完整性所困擾，因為方程并沒有給出自發輻射光子確定的運動方向，而今天我們知道 自發輻射的光子不存在確定的運動方向，只存在某些特定的幾率，這是 量子力學的統計詮釋的結果。

我們之所以知道麥克斯韋方程式與愛因斯坦的說法都是正確的，是因為現代物理學告訴我們， 光同時具有粒子的特點，又具有波的特點，它的性質應該被稱為 波粒二象性。

光是粒子又是波？

電磁理論證明，光是一種電磁波，而雙縫實驗和光電效應實驗中，則展示了光的粒子性，光同時具備粒子和波的特性，是否代表它又是粒子又是波呢？

其實這個說法稍微有些不嚴謹， 光應該是一種波。這是根據量子場論得到的結論。

根據量子力學的不確定性原理，處于基態的場總會受到擾動，從而成為激發態。受到激發的場就會形成波動，從而形成各種基本粒子，電子場形成電子，中子場形成中子。

世界的本質是一個場，場的激發可以涌現出能量，從而形成基本粒子，而基本粒子組成了世間的萬事萬物。

所以，光其實是波，而它只是在具有波的特性的同時，又具有粒子的特性。不過，量子場論也不是物理學的終點，隨著科學的發展，或許在未來，光的性質又將被重新定義。