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作为进入相对论时空和量子世界之门的钥匙——光，对我们每个人来说都是最普遍常见的，普遍到只要睁开眼就能感受到它，但光又是最神秘而深奥的，直到现在也依然没有人敢说可以彻底搞懂它。
人类对于光的认知，也是经历一段非常曲折、漫长的摸索和求证过程。对于古代的人类来说，光是神秘而迷人的东西，它好像充满了整个空间，让我们可以看见和感受这个世界的样子。但我们为什么能看到物体呢，两千多年前的先哲们猜想是我们的眼睛发射出的一种叫作“光”的东西，当它到达物体时，物体就被我们所“看见”了。这个直观的说法解释了为什么我们睁着眼可以看见物体但闭着眼却看不见物体这一事实，不过很显然这个说法是不完备的，如果眼睛可以发射“光”，那在黑暗的地方为什么我们的眼睛睁得再大也看不见东西呢？对光成像的正确认识直到公元 1000 年左右才被一位阿拉伯科学家提出，从那以后人们才意识到，我们之所以能够看到物体，只是由于光从物体上反射到我们眼睛里的结果。当然，在那个时期光让人无法理解的地方还有很多，比如为什么同样的物体放在远处会显得更小一点，为什么把物体放进水里形状和位置看起来就会发生改变，为什么不同的物体会有不同的颜色，等等。很长一段时间内由于人们没有形成通过实验验证来认知世界的方法论，而光又是只能看不能摸的一种神秘东西，因此人们对光的思考和理解只能停留在了这个阶段，关于光的来源问题，那就是上帝他老人家的事情了，“上帝说要有光，于是便有了光”。
直到 17 世纪，人们才开始进入对光的科学认知阶段。关于光的认识过程，曲折和复杂程度不亚于人们对于宇宙的认识过程，几百年间很多科学家和物理学家为光的各方面研究作出不同的观点和贡献，也围绕不同的观点产生过很多激烈的争辩。到了 17世纪，关于光的本质逐渐形成“微粒说”和“波动说”两大阵营，微粒说认为光是由一粒粒非常微小的“光原子”所形成的细小粒子流，所以碰到物体可以产生反射和折射现象，波动说则认为光的存在和传播是类似“声波”一样的一种“光波”，在介质中振动前进，所以通过小孔能产生像水波波纹一样的“衍射”现象。然而微粒说和波动说都存在一些当时认知和理论所无法解释的现象，比如如果光是微粒，那为什么相遇的两束光不会互相碰撞而弹开，如果光是一种介质振动的波，那它必须要在某种介质中才可以传播，而真空是没有介质的但是光却依然在传播。光的微粒说和波动说是两种互不相容的观点，这两大阵营的争论也称为光的波粒之争，波粒之争从 17 世纪一直持续了两百多年，牛顿在第一次波粒之争中坚定的支持光的微粒说，而且他的名气和影响力导致他在世的时候几乎是神一样的存在，因此当时的胡克、惠更斯等人的波动说在牛顿的打击下以惨败告终，之后的一百多年时间里没有抬起头来。
直到 19 世纪初，1807 年，英国物理学家托马斯·杨通过一个让他名垂千古的物理实验——光的双缝干涉实验，让沉寂百年的波动说又回到光学历史的舞台。这个实验非常简单，通过一支蜡烛和一个带有小孔的挡板，形成一个点光源，然后让这个点光源发出的光通过第二个带有狭缝的挡板，第二个挡板上面开了两道并行的距离不大的狭缝，点光源经过两条狭缝后投影到后面的屏幕上。实验结果是在屏幕上产生了一系列明暗相间的条纹，并且调整第二个挡板上双缝的距离会导致条纹间距的变化，这就是我们现在所说的“干涉条纹”，干涉条纹的实验现象与人们常见的水波相遇时波峰波谷的情况和规律类似，因此托马斯·杨坚定的认为光是一种波。托马斯·杨的双缝干涉实验和波动说刚提出的时候，依然受到当时主流学术界的抨击和否定，但双缝实验也引发了光的第二次波粒之争，后来又经过近二十年的论战，终于在菲涅耳成功推理和解释了光的衍射现象并验证了圆盘衍射的泊松亮斑现象后，彻底宣布了第二次波粒之争波动说的胜利。
双缝干涉示意图
尘埃落定，光是一种波，但这个观点和结论并不惊奇也不是那个时代的巅峰。真正 19 世纪的巅峰是由伟大的麦克斯韦创造的，他在 19 世纪五六十年代发表了三篇电磁理论论文，创造了四个无敌方程式——麦克斯韦方程组，这四个方程式统领了宇宙中的电场和磁场，在牛顿力学的大厦之上完整的建立了物理学另外一座大厦——电磁理论和电动力学。麦克斯韦电磁理论被列为与牛顿力学、相对论和量子论并列的“史诗”级别的理论，是解放全人类的一种发现，没有电磁理论和电磁波的广泛应用，就不会有无线电、广播、微波炉、雷达、手机、卫星、CT、B超等伟大的发明和应用，人类社会也完全会是另外一番景象。麦克斯韦和法拉第的电磁现象和电磁理论，毫无疑问是人类认知的又一伟大突破，从此人们开始认识到宇宙并不只是时间、空间和微粒所构成，而是由时间、空间、微粒和场构成的，当然这只是在牛顿时空观下发现了新的一种存在——场，但是时间和空间本身依然是绝对的和均匀的。
麦克斯韦理论预言，光只是电磁波的一种，后来又在光波段基础上发现和认识了紫外线、红外线、X射线等，麦克斯韦方程组也推导和计算出了光速是以 299792458 米/秒的恒定速度传播。然而麦克斯韦方程组的四个无敌方程式中，没有涉及任何参照物，没有包含电磁波波源或者接收器的速度，计算出来的光速是电场和磁场强度的关系，是一个常数。其实他计算出的恒定光速是无意间发现了光的本质，只是当时他并不知道这一恒定速度更深层的意义，当时的主流观点认为光是通过一种被称为“以太”的介质进行传播的，这个光速是相对于真空中以太的速度，而以太可以作为牛顿运动定律中的参照物，所以也没有过于纠结这个“恒定速度”的问题。麦克斯韦打开了一个宝盒，让我们看到了“光”这把开启宇宙的神奇钥匙的本质，可惜的是麦克斯韦只有 48 岁就英年早逝了，没有看到 26 年后另外一位旷世奇才是如何用这把钥匙来开启新的时空大门的。
