微粒说——波动说——波粒两象说
在自然科学发展史上，人们对光的本质的认识和把握经历了一个曲折的发展历程。
人们在生活要观察各种客观事物，一刻也不能离开光，所以光学这一部门在物理学上是发展较早的。春秋战国时期，具有朴素的唯物主义的墨家学源，已经确切地知道光是沿着直线传播的，“光之人，照若射。”（《经下》）意思是：光线照射出来，像箭一样前进；当光照射到平面镜上时会发生反射；当光进入水中时，前进方面会有改变。由此人们逐步认识到光的直进、反射和折射的规律。
十七世纪伊始，牛顿总结了前人观察的经验，提出了著名的光的“微粒说”，认为光线是从光源发射出来的大量弹性小球组成的，按力学定律以一定速度在真空或介质内高速直线飞行的微粒流。简言之，光是由一颗颗像小弹丸一样的微粒组成的粒子流。它在空气中直线行进，遇到物体后，一部分反弹回来，一部分穿透过去。微粒说用这种方式简单地解释了光的直进、反射和折射等现象。由于在17-18世纪牛顿力学在自然科学中占据支配地位，“微粒说”一时颇为流行，在整个十八世纪占着统治地位。
后来，人们在实践中观察到了不少现象，“微粒说”无法做出科学解释。其一，光有“干涉现象”。当两束光在空间相遇时会产生明暗相间的条纹。这种干涉现象与微粒说发生了矛盾。因为光既然是微粒，当两束光相遇时，或者是穿透过去，或者发生碰撞，而不应该说互相干涉，出现明暗相间的阴影，明暗相间的阴影是波的一个特征。其二，光有“绕射或衍射现象”。1602年，人们又发现光并非永远走直线，它可以绕开障碍物的边缘而曲折前进。例如，如果让一束光线透过一个足够小的小孔，在孔后的屏幕上便可以看到一系列明暗相间的环组成的圆形，这就是光的衍射现象。以“微粒说”来看这种现象也是不可以理解的，因为通过小孔的光微粒只有在屏上照出一个明亮的点，怎么会出现一幅衍射图呢？其三，光有“双折现象”。当一束光射入某些透明晶体如方解石或石英时，会产生两束向不同方向折射的光，形成双折射。上述这些实验事实，都是“微粒说”无法解释的。
危机必然孕育着新一理论突破。1687年荷兰物理学家惠更斯把光和声波、水波相类比，认为光是在某种特殊的弹性媒质中传播的机械波动，从而提出了著名的“波动说”。由此出现了光是“粒子”还是波“波动”的争论。虽然波动说能解释光的一些新总是比如光的衍射现象（根据“波动说”，这一现象很容易解释；衍射图是通过小孔后的光波相互叠加的结果，在光波加强的地方出现明亮的环，在光波相互减弱的地方会再现暗环），但因为它还很不完善，加上微粒说的拥护者利用牛顿在科学界的声望和权威，对波动说全盘否定，把它压下去了。这使得光学在整个十八世纪没有取得什么进展。
十九世纪初，美国科学家托马斯·扬做了光的干涉实验。他用同一光源发出的光通过两条窄缝，在后面的屏幕上看到的不是两条亮线，而是明暗相间的条纹。在这个实验的基础上，他和菲涅耳等科学家又用理论论证和数学方法解释了光的传播、干涉、衍射何其它一些已知的光学现象。光的“波动说”悄然开始复兴。后来，有人用实验测得光在水中的传播速度比在空气中小（光在空气中的传播速度为30万公里/秒，在水中为22。5公里/秒），这和“微粒说”的预言完全相反，而和“波动说”的结论完全一致这样又重新引起了微粒说和波动说的论战。由于波动说能够较好解释已知的全部光学现象，“微粒说”却遇到了许多矛盾，因此波动说取得了巨大的胜利。
十九世纪中叶以后，人们开始注意到了光现象和电磁现象的密切联系。1846，法拉第发现了偏振面在磁场中的旋转；韦伯等人发现电的电磁单位与静电单位的比值恰好等于光在真空中的速度。十九世纪六十年代，麦克斯韦在根据电磁实验材料和规律的基础上，建立了揭示电磁现象基本规律的电磁场理论。这个理论预言了电磁小的存在，并在1888年被赫兹用实验所证实。用电磁波议程还证明了电磁小在真空中的传播速度与真空中的光速相等。1865年，麦克斯韦由此做作出结论说，光是一种电磁现象，光波是一种波长较短的电磁波，人们用眼直接看到的不同颜色的光，就是波长不同的电磁波，从而进一步证实了“波动说”的理论。这时，人们又把微粒说完全抛弃了，认为光就是波，而且只是波，并宣称对光的本性的认识已经到头了。
然而十九世纪末二十世纪初，随着生产实践和科学实验田的深入发展，人们惊奇的发现，一些新的实验现象与光的“波动说”又发生了矛盾，产生了理论困难，1887年赫兹发现的光电效应就是其中一个。光线照射到某些金属的表现，光的能量部分地转化为热能并为金属所吸收，另一部分转化为金属中某些电子的能量，便这些电子逸出表面，从而产生光电流，这就是光电效应。边疆的光波怎么会产生不连续的电子呢？而且，从光是电磁波的角度来看，照射光越强，打出的电子能量应该愈大。但事实却不然，电子的能量与照射光的强度无关，而是由光的波长（或频率）来决定。波长减小光电子的能量增加；波长增大，光电子的能量降低。当波增加到某一界限值时，光电效应便消失。这确实令人不解。后来人们发现，看来是连续的光波，其能量分布却是一份一份不连续的。而能量的间断性，意味着运动主体也是间断的，即具有粒子性。这表明，光不仅具有波动说，而且有粒子性，那么，到底是“微粒说”正确，还是“波动说”正确呢？
人们困惑不解。1905年爱因斯坦在新的实验基础上，提出了“光量子理论”，认为一束光是由一个个微粒子（亦称光量子、光子）组成的，而微粒子的运动又具有波动性。根据“光量子理论”，光电效应的特殊现象就容易得到解释。这样，人们对光拭目以待本质的认识似乎又回到了牛顿时代的“微粒说”。但是，实际上并不是这样，牛顿的“微粒说”把光归结为遵从古典力学规律的粒子机械运动，是机械论的。而爱因斯坦的“光量子理论却指出光子不是遵从古典力学规律运动的机械粒子。当它在空间传播时，波动性突出，显现出连续性的特征，如干涉、衍射、偏振等现象；当它与实物发生相互作用进行能量与能量交换过程时，微粒性突出，呈现出不连续的特征，如光电效应等。光既不单单是波，亦不仅仅是粒子，更非波和粒子的混合物。正如爱因斯坦指出的：“光——同时又是波，又是微粒，是连续的，同时又是不连续的。自然界喜欢矛盾……，”即是说，光既不是仅用微粒来说明，也不能只用波动来解释，光是波动性与粒子性的对立统一，具有波粒两象性。
讨论题：
1．本案例是对一段科学发展史的回顾，它反映了一个什么问题？
2．光的粒子性和光的波动性是一种什么关系？对光的本质的认识经历了怎样的历程？
3．本案例中蕴含着什么哲理？对我们认识资本主义社会的发展发展历程和社会主义社会的发展历程有何启示？
案例点评：
本案例是一个描述型的案例，通过对自然科学发展史上，人们对光的本质的认识和把握的曲折历程的描述，充分展示了对一事物认识过程本身要经过“肯定——否定——否定之否定”的辨证运动过程，从一个侧面反映出事物发展的一个完整周期。
任何事物内部都包含着肯定和否定两个方面或两种因素，事物的发展就是肯定与否定的矛盾运动过程，是沿着“肯定——否定——否定之否定”的各个阶段依次展开递进发展的过程，呈现出螺旋式上升、波浪式前进的发展状态。牛顿在总结前人观察的基础上提出了著名的光的“微粒说”，简单的解释了光的直射、反射和折射的现象，得到了肯定，从而在整个十八世纪占着统治地位。但是，随着时间和实践的发展，“微粒说”逐渐对一些现象如“干涉现象”、“绕射或衍射现象”、“双折现象”等无法作出科学的解释，因而促使着新的革命的产生，出现了“波动说”，由于“波动说”能够较好解释已知的全部光学现象，“微粒说”却遇到了许多矛盾，因此“波动说”取得了巨大的胜利，“微粒说”被否定了。然而随着新的实验现象与光的“波动说”产生矛盾的时候，人们惊奇地发现，光不仅具有波动性而且具有粒子性，再一次的引发了“微粒说”与“波动说”到底谁正确的争论，一时间争论不止，对光的认识经历着曲折发展的历程。最终爱因斯坦通过深入的研究，得到了光是波动性与粒子性的对立统一，具有波粒两象性，从而达到了光的本质认识上的否定之否定，增强了认识的深度，生动地展示了事物的发展是前进性和曲折性的统一。
懂得事物发展的前进性和曲折性相统一的原理，有助于人们辩证地看待资本主义社会的发展阶段，正确地认识社会主义社会的发展历程，深化对江泽民同志提出的“四个如何认识”的理解。对21世纪中叶基本实现社会主义现代化的宏伟目标，以及未来的共产主义事业，既要坚定信心，又要对前进道路上的困难有清醒的认识和充分的准备。在邓小平理论和“三个代表“重要思想的指引下，我们一定会取得一个又一个伟大的胜利。
