延续千年之问：光是什么？

「本文来源：科普中国」
从某种程度上来说，科学发展的历程就是对人类对于光的理解和应用的过程。从两千年前的朴素理解，到牛顿与惠更斯的微粒与波动之争，认识到波粒二象性，再到光子作为量子场的激发……一路到今天，光早已是科学研究的必备工具。光，光子，既平凡又充满惊喜。
撰文丨Amanda Solliday & Kathryn Jepsen
翻译丨Hadron
物理学家称之为光子的东西，其他人可能称之为光。作为光的量子，光子是电磁能量存在的最小单元。如果你是在屏幕或纸面上阅读这篇文章，光子流会把文字的图像信息带到你的眼睛里。
在科学上，光子的用途不仅仅在于照明。
波兰克拉科夫核物理研究所副研究员理查德·鲁伊斯（Richard Ruiz）是一位用大型强子对撞机寻找新物理的理论学家，他说道，“光子无处不在。在粒子物理学中处处有它的身影，以至于你几乎忽略了它们的存在。”光子助力了几个世纪的科学发现，直到今天它仍然是一个重要的工具。

图源：Sandbox Studio
从波，到粒子，再到玻色子
自古以来，人们就一直探索光的本质，早期的观点源自古埃及、美索不达米亚、印度和希腊的哲学家和学者。在17世纪末到20世纪初，科学家们在一个特别的问题上犹豫不决：光到底是粒子还是波？
1690年，惠更斯（Christiaan Huygens）出版了了关于光的著作《光论》（Traité de la Lumière）。他将光描述为波，在渗透于空间中的以太中传播。牛顿（Isaac Newton）在他1704年出版的《光学》（Opticks）一书中表示反对。理由是当光从表面反射时，它就像一个弹球，它接近反射面的夹角等于它弹出去的角度。牛顿认为，如果光是由粒子（他称之为微粒（corpuscules））构成的，那么这种现象就可以得到解释。
一块棱镜可以将一束白光折射成五彩缤纷的颜色，就像一道彩虹。牛顿注意到，当光线通过第二个棱镜再次折射时，它不再进一步分裂，彩虹的颜色保持不变。牛顿说，这可以通过假设白光是由许多不同大小的微粒组成来解释。红光是由最大的微粒组成的，而紫光是由最小的微粒组成的。牛顿思考，它们大小的差异导致了微粒以不同的速度通过玻璃，这使它们分散开来，产生不能被第二个棱镜进一步分解的彩虹。