【正文】 單位和靜電單位的比值等于光在真空中的傳播速度，即3108m/s。這一驚人的結(jié)果進(jìn)一步揭示了電磁現(xiàn)象和光現(xiàn)象之間的聯(lián)系，這是對(duì)于光的電磁理論具有根本性意義的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。 1865年，麥克斯韋發(fā)表了一篇著名的論文《電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論》。在這篇文章中他提出了完整的電磁場(chǎng)方程組。從方程組推出了電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的波動(dòng)方程。方程表明電磁場(chǎng)以波動(dòng)形式傳播，兩者相互垂直并都垂直于傳播方向的電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成了統(tǒng)一的電磁場(chǎng)，它們以橫波的形式在空間傳播，形成電磁波，并求出電磁波的傳播速度為 1 μ和ε分別為介質(zhì)的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，于是在真空中的之值等于電量的電磁單位與靜電單位之比，其值為 3108m/s。恰好等干由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的光速。這個(gè)奇妙的結(jié)果促使麥克斯韋在他的思想里實(shí)現(xiàn)了一個(gè)極具創(chuàng)造性的巨大飛躍：“兩個(gè)結(jié)果的一致性表朋，光和磁乃是同一實(shí)體的屬性的表現(xiàn)，光是一種按照電磁定律在場(chǎng)內(nèi)傳播的電磁擾動(dòng)。”后來(lái)，他在給威廉湯姆孫的信中寫(xiě)道：“我得出了自己的方程。我住在外省，我并不懷疑，我所得出的磁效應(yīng)的傳播速度與光速很接近，因此我想，我有一切根據(jù)可以認(rèn)為，磁的介質(zhì)和光傳播的介質(zhì)是同一個(gè)介質(zhì)……?！? 1868年，麥克斯韋發(fā)表了一篇短而重要的論文《關(guān)于光的電磁理論》，明確地把光概括到電磁理論中，這就是著名的麥克斯韋創(chuàng)立的電磁波學(xué)說(shuō)。這樣，麥克斯韋就把原來(lái)相互獨(dú)立的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)這三個(gè)重要的物理學(xué)領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)。成為18世紀(jì)中葉物理學(xué)上實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重大綜合。 1886年10月，德國(guó)物理學(xué)家赫茲（Hinrich Hertz，1857一1894）在作放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)近旁一個(gè)線(xiàn)圈也發(fā)出火花，赫茲敏銳地想到這可能是電磁共振。干是他從1886年10月25日開(kāi)始集中力量進(jìn)行驗(yàn)證麥克斯韋的電磁波是否存在的實(shí)驗(yàn)。1886年12月2日赫茲發(fā)現(xiàn)“兩個(gè)電振蕩之間成功地引起了共振現(xiàn)象”。他用火花隙振蕩放電作電磁波發(fā)射體，通過(guò)改變感應(yīng)線(xiàn)圈火花間髓處所附的金屬電極的形狀和大小來(lái)控制火花振蕩的頻率。用一個(gè)開(kāi)口線(xiàn)圈作接收天線(xiàn)。開(kāi)口線(xiàn)圈的兩端裝有兩個(gè)小銅球。在這兩個(gè)小鋼球之間，每通過(guò)一次火花，就表示接收到了一個(gè)人射電磁波。當(dāng)他把接收天線(xiàn)放在感應(yīng)圈附近，他觀察到當(dāng)感應(yīng)圈兩極間有火花跳過(guò)時(shí)，接收天線(xiàn)的間隙處也有火花跳過(guò)，從而證實(shí)了電磁波的存在。 1888年，赫茲直接從頻率和波長(zhǎng)測(cè)量了電磁渡的傳播速率。接著他又用這個(gè)簡(jiǎn)單的儀器證明了這種電磁輻射具有和光類(lèi)似的特性，包括在固體表而上的反射，用金屬凹面鏡聚焦，通一過(guò)小孔時(shí)的衍射，顯示干涉效應(yīng)，以及通過(guò)非導(dǎo)體材料時(shí)的折射等等，至此就確立了光的電磁理論的基礎(chǔ)。 1896年洛倫茲（H．A．Lorenntz）創(chuàng)立了電子論，他認(rèn)為原子和分子內(nèi)含有帶負(fù)電的電子，在無(wú)外力時(shí)電子處于平衡位置；在外力作用下，電子作阻尼振動(dòng)而產(chǎn)生光的輻射，當(dāng)光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)中電子的自然頻率與外場(chǎng)的頻率相同時(shí)，則受縛電子成為吸收體。這樣，利用洛倫茲電子論不僅解釋了發(fā)光和物質(zhì)吸收的現(xiàn)象，也解釋了光在物質(zhì)中傳播的各種特點(diǎn)。 光的電磁理論在整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展中起著很重要的作用，它一指出光和電磁現(xiàn)象的一致性，并且再一次證明了自然現(xiàn)象存在著相互聯(lián)系這一辯證唯物論的基本原理，使人們?cè)谡J(rèn)識(shí)光的本性方面向前邁出了一大步。（五）愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)光的波粒二象性的統(tǒng)一 19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，光學(xué)的研究深入到光的發(fā)生、光和物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)構(gòu)中，在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，近代物理學(xué)革命的先鋒愛(ài)因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）提出了光量子假設(shè)。 1887年，赫茲在進(jìn)行證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象。他注意到當(dāng)接收電磁波的電極之一受到紫外光照射時(shí)，兩極之間就容易出現(xiàn)電火花。他在1887年發(fā)表的《論紫外光的放電效應(yīng)》一文中，首先描述了這些現(xiàn)象。1889年，霍爾瓦克斯（W．Hallwachs，1859一1922）指出如果用光照射鋅、鈉、鉀等金屬表面，就會(huì)有負(fù)電粒子釋放出來(lái)。赫茲的助手勒納德（P．Lenard，1862—1947）在1902年發(fā)表了對(duì)光電效應(yīng)的第一批定量研究結(jié)果，他測(cè)量了在紫外光照射下，鋁板發(fā)出的電子的荷質(zhì)比。他確信赫茲看到的火花加強(qiáng)的現(xiàn)象是金屬表面發(fā)射電子的結(jié)果。他發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)有三個(gè)為經(jīng)典波動(dòng)理論無(wú)法解釋的主要性質(zhì)：第一，出射光電子的動(dòng)能只同人射光的頻率有關(guān)。同入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；第二，每種金屬表面都存在一個(gè)特征截止頻率，頻率小于ν0的入射光不管其強(qiáng)度有多大，都不能發(fā)生光電效應(yīng)；第三，只要入射光的頻率大于斷上頻率，則無(wú)論它多么微弱，都會(huì)立即引起光電子發(fā)射，不存在滯后時(shí)間。 這三點(diǎn)對(duì)經(jīng)典電磁理論提出了挑戰(zhàn)。按照經(jīng)典理論，光的能量是連續(xù)的；電子從光波的波陣面上連續(xù)獲得能量，能量的大小應(yīng)當(dāng)與光的強(qiáng)度有夫，而光強(qiáng)與光矢量（即電場(chǎng)強(qiáng)度E）振幅的平方成正比，與頻率無(wú)關(guān)。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光電子的逸出只與入射光的頻率有關(guān)。只要入射光的頻率、大于截止頻率，不論光強(qiáng)多么微弱，就有光電子發(fā)生，如果ν＜ν0，不論光強(qiáng)多強(qiáng)，也沒(méi)有光電子產(chǎn)生。按照經(jīng)典理論，光能量分布在波畫(huà)上，金屬中的電子吸收能量的范圍是句限的，電子從金屬中逸出需要一段積累能量的時(shí)間，但實(shí)驗(yàn)表明光電子的逸出是瞬時(shí)的，不存在滯后時(shí)間。光電效應(yīng)使經(jīng)典理論陷入了困境。 1905年，年輕的愛(ài)因斯坦勇敢地拋棄了經(jīng)典理論的傳統(tǒng)偏見(jiàn)，接受了普朗克（Max Planck，1858一1947）提出的能量量子化概念；發(fā)表了題為《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》的論文。他寫(xiě)道：“用連續(xù)空間函數(shù)來(lái)運(yùn)算的光的波動(dòng)理論，在描述純粹的光學(xué)現(xiàn)象時(shí)，已被證明是十分卓越的，似乎很難用任何別的理論來(lái)替換?！薄暗强梢栽O(shè)祖，當(dāng)人們把用連續(xù)空間函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的光的理論應(yīng)用到光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象上去時(shí)，這個(gè)理一論會(huì)導(dǎo)致和經(jīng)驗(yàn)相矛盾?！睈?ài)因斯坦在指出了經(jīng)典理論的缺點(diǎn)后，接著，提出了他的光量子假設(shè)。他寫(xiě)道；“在我看來(lái)，關(guān)于黑體輻射，光致發(fā)光，紫外光產(chǎn)生陰極射線(xiàn)，以及其他一些有關(guān)光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象的觀察，如果用光的能量在空間不是連續(xù)分布的這種假設(shè)來(lái)解釋?zhuān)坪蹙透美斫狻０凑者@里所設(shè)想的假設(shè)，從點(diǎn)光源發(fā)射出來(lái)的光束的能量在傳播中不是連續(xù)分布在越來(lái)越大的空間之中，而是由個(gè)數(shù)有限的、局限在空間各點(diǎn)的能顯子所組成，這些能量子能夠運(yùn)動(dòng)，但不能再分割，而只能整個(gè)地被吸收或產(chǎn)生出來(lái)?！? 愛(ài)因斯坦在這里進(jìn)一步發(fā)展了普朗克的能量量子化思想。他指出光不僅在發(fā)射或吸收時(shí)具有粒子性，光在空間傳播時(shí)也具有粒子性。也可看作光是一粒一粒以光速c運(yùn)動(dòng)的粒子流。這些光粒子稱(chēng)為光量子，也稱(chēng)為光子。每一個(gè)光子的能量ε＝hν，與頻率、成正比，h是普朗克常量。 按照光子假說(shuō)，光電效應(yīng)解釋如下：當(dāng)光子照射到金屬表面時(shí)，一次為金屬中的電子全部吸收，而無(wú)需要積累時(shí)間。電子把光子能量的一部分變成它邊出金屬表面所需的功W。另一部分轉(zhuǎn)化為光電子的動(dòng)能 這就是愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程。由這一方程可以直接解釋前述的光電效應(yīng)的幾個(gè)性質(zhì)。 至此，人們一方面從光的干涉、衍射和偏振等光學(xué)現(xiàn)象證實(shí)了光的波動(dòng)性；另一方面又從黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)證實(shí)了光的粒子性。如何將光的本性的兩個(gè)完全不同的概念統(tǒng)一起來(lái)，人們進(jìn)行了大量的探索工作。1924年德布羅意創(chuàng)立了物質(zhì)波學(xué)說(shuō)，他設(shè)想每一物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)都和一定的波相聯(lián)系。這一假設(shè)在1927年為戴維遜（C．J．Davisson，1881～1958）和革末（L．H．Gerher，1896—1971）的電子束衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。事實(shí)上，不僅光具有波動(dòng)性和微粒性，也就是所謂波粒二象性，而且一切實(shí)物粒子同樣，具有這種二重性。1925年玻恩（M．Born，1882～1970）提出波粒二象性的概率解釋?zhuān)⒘瞬▌?dòng)性和微粒性之間的聯(lián)系。電子的雙縫衍射實(shí)驗(yàn)表明。單個(gè)粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但大量粒子的分布表現(xiàn)為具有波動(dòng)性。這就是微觀粒子波動(dòng)性的統(tǒng)計(jì)解釋。今天人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到最后境地，還要不斷探索、不斷前