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公元前212年，罗马大军降临西西里岛的最大城邦叙拉古，可此时，叙拉古的战士都在外征战，城中只有老幼妇孺，面对来者不善的罗马人，年轻的城邦新主希罗慕斯一筹莫展，他根本想不到该如何抵挡强大的罗马舰队，眼看叙拉古即将遭遇毁灭的浩劫。但就在此时，希罗慕斯想到了传奇的百手巨人——阿基米德。于是在生死存亡之际，阿基米德暂时停止了知识水平的提高，他带领城邦百姓拿着镜子走上城墙，然后在阿基米德的统一调度下，所有人把镜子组成了一面巨大的凹面镜，并把阳光聚成一点，照射在了罗马军队旗舰的主帆上，一时间，船帆迅速燃烧起来，而且火借风势，越烧越旺，罗马人马上意识到，这一定是阿基米德的新武器，于是罗马舰队调转船头、仓皇逃走，罗马大军主帅马塞拉斯苦笑着说：这是罗马和阿基米德一个人的战争。
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阿基米德光束武器
当然了这段精彩的故事，其实只是一个传说，因为当时的生产水平，根本不足以让铜镜具备如今玻璃的聚光性能，更无法点燃船帆，而把一块块小平面镜汇聚成一面巨大的凹面镜，这本身就是基本做不到的，就算可以做到，罗马人的船也不可能固定不动，一大堆人举着一大堆镜子，还能做到有效瞄准，你以为这是朝鲜团体操表演么？所以真实的情况应该是，老百姓举起镜子，起到了一定的聚光效果，最终严重干扰了罗马军队的视线，同时也会对船帆产生一定的升温作用，然后一支点着的箭矢飞向船帆，完成纵火。不过尽管如此，我们仍然可以确信，阿基米德已经掌握了凹面镜聚光的原理。人类对光的认识，由此开始。欢迎收看大型娱乐节目回到2049第六季第12集《光学简史》。
那么阿基米德是否就是有据可考的、人类文明史上第一个研究光学现象的人呢？答案当然是否定的。因为早在公元前400多年，遥远的东方一位神秘的传奇人物，便开始了最早的对光的研究，此人就是墨子。围绕在墨子身上的谜团，有太多太多，但不论如何，墨子担得上“科学先驱”这个称号，他不仅定义了圆形、正方形、三点共线、十进制，阐述了杠杆原理，甚至还提出了牛顿第一定律与第三定律，即惯性定律与作用力和反作用力定律。而在光学上，墨子则通过小孔成像实验，证明了光的直线传播。但遗憾的是，墨子所开创的科学精神，虽然在今天成为了某些国人包装自己的工具，并讥讽中国古人没有科学精神，但在当时那个时代，它却并没有在古老的东方得到传承，唯一幸运的是，中华文明以另一种方式，延续着自己前行的脚步。而在西方世界，另一个伟大的民族，则不失时机地举起了科学的大旗，他们就是古希腊人。
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小孔成像
公元前3世纪，欧几里得写出了《几何原本》与《光学》，阿基米德科学地定义了浮力定理与杠杆原理，而托勒密则打算在亚历山大，建造世界上最大的图书馆。在《光学》一书中，欧几里得探讨了透视的原理，并解释了眼睛为什么可以看到物体，他认为这是由眼睛发出的光，直射到物体上，才使人可以看清物体。也在同一时期，托勒密提出了折射定律，指出入射角与折射角成正比。当然了这些解释其实都是错误的，但这并不重要，因为这些猜想至少证明，古希腊人已经开始用一种理性的眼光看待世界、解释世界，只要理性不死，问题终将明了。就这样，关于种种光学现象，古希腊人提出了不计其数的猜想，提出猜想，也是古希腊人的一大业余爱好。但是这些支离破碎的猜想，还并不能使对光的研究，成为一门科学，它们只是一些鱼龙混杂的心得，而要想把这些心得变成一门科学，就需要一个人取其精华去其糟粕，对其进行批判性的吸收，最终，历史的进程选择了阿拉伯科学家伊本·海赛姆，光学的启蒙时代正式到来。
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欧几里得
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海赛姆
得益于阿拉伯帝国对西方世界的征服，古希腊学说如潮水般涌向东方，其中自然也包括那些众多的光学理论，不过对于这些古希腊学说，阿拉伯人并没有采取拿来主义，他们选择了批判性的吸收，光学也是如此，大约在公元1000年的时候，海赛姆就通过实验证明，人之所以可以看到东西，是由于物体上的光线反射进入人眼，就此，他推翻了欧几里得关于人眼发出光线的理论。进一步的，海赛姆还对人眼进行了细致研究，并提出了视网膜、角膜、玻璃体等沿用至今的概念。最终在对古希腊光学进行了深刻的批判性的吸收之后，海赛姆写下巨著《光学全书》，现代光学由此发端，所以海赛姆就被称为“光学之父”。
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《光学全书》
不过随着阿拉伯帝国的由盛转衰，阿拉伯人也没有将包括光学在内的科学发扬光大，而随着文艺复兴的开启，科学的接力棒，再度由东方传回西方。1601年，伟大的意大利天文学家，人称人肉望远镜的第谷·布拉赫往生极乐，他的学生兼助手约翰尼斯·开普勒继承了他的衣钵，在对第谷留下的资料，进行了细致的整理与缜密的分析后，开普勒提出了行星运动三大定律，所以当时人称开普勒为天空立法者。事实上，开普勒本有可能成为上帝代言人，因为行星运动三大定律，已经有了万有引力定律的影子，但很遗憾，开普勒的数学水平，虽然在当时已经是不知道高到哪里去了，可以说他已经通晓了当时所有的数学，但万有引力定律的提出，需要的是新的数学，所以历史的进程最终选择了牛顿，因为他发明了新的数学武器——微积分，当然了这是后话。
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开普勒
其实不论是第谷还是开普勒，他们在观测星空的过程中，都需要考虑一个问题，这就是星光的折射问题，我们知道，地球之外是广袤的真空，所以星光进入大气层之后会发生折射，这种折射的存在，就会导致观测出现偏差，这个偏差是不能不考虑的。由此，开普勒提出了近似的光折射定律，虽然不是很精确，但基本上也够用了，毕竟开普勒研究的是大尺度的宇宙。但是如果回到地球，近似的折射定律就无法满足人类需求，于是荷兰物理学家斯涅尔通过精确的实验，得到了如今我们所使用的折射定律，也就是对于折射率一定的两种媒介来说，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比，是一个常数。但是斯涅尔当时其实也只得出了一个实验结果，并没有严格的数学推导作为保证，原因还是数学功力不到位，所以要想把折射定律变成一种理论确定下来，还需要一位数学大神对其进行完善，此人便是笛卡尔，借助着自己发明的直角坐标系，笛卡尔很轻松地便把折射定律转化为精确的数学语言。除此之外，笛卡尔还发明了近视眼镜，这才有了今天备受广大群众喜爱的黑色镜框，所以我们可以说，正是笛卡尔把光学带进了科学的大门。
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斯涅尔
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笛卡尔
既然成为了一门正式的科学，关于光的种种性质，就要透彻地研究一番，人们首先面对的问题就是，物质是运动的，运动是有速度的，那么光到底有没有速度呢？对于这个问题，笛卡尔本人持否定态度，因为他并没有发现光存在速度的任何迹象，换句话说就是，笛卡尔认为光速是无穷大的。而第一个意识到光速有限的人，则是意大利科学家伽利略，至于伽利略是如何意识到这一点的，如今我们不得而知，但即便强如伽利略，他也只是意识到光速有限，至于光速到底是多少，伽利略还是无法得出精确的结果。事实上在1607年，伽利略曾经做过一次测量光速的尝试，他安排两个人分别站在相距1英里的两座山顶，每个人手里拿一盏灯，第一个人先取下灯上的遮光板，当第二个人看到光的时候，也取下自己灯上的遮光板，而当第一个人看到光线传来时，计算一下其间的时间间隔，然后用2英里除以时间，就可以算出光速。伽利略的思路可以说是完全没有问题，但光速实在太快，传播2英里，其实只需要大约0.00001秒，人根本反应不过来，所以虽然咱们没有查到伽利略测得的光速到底是多少，但可以想见，这个结果一定是严重偏小。
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伽利略
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伽利略测量光速
那么谁还可以想到更好的测量光速的办法呢？丹麦天文学家奥勒·罗默，想到了一个更好的办法。当时，罗默正就职于巴黎天文台，由于伽利略在此前发现了木星的四颗卫星，所以罗默的主要工作，就是对伽利略卫星进一步暗中观察。结果他发现，在地球远离木星的过程中，木卫一在木星上的投影，出现的时间要比理论预测的结果稍晚，而在地球靠近木星的过程中，木卫一在木星上的投影，出现的时间则要比理论预测的结果略早，为什么会出现这种周期性的变化？一个可能的原因是，木卫一的公转速度，本身就存在着周期性的变化，但这种情况出现的可能性极小，本着奥卡姆剃刀原则，可以基本排出，如果不是这个原因，那么真相只有一个，这就是光的传播是有一定速度的。可以说相比于伽利略纯粹的主观意识，罗默的观测在客观上，让人类真正意识到，光的传播速度是有限而非无限的。
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罗默
也几乎在同一时期，意大利天文学家卡西尼，估算出了日地距离大约为8700万英里，即1.4亿千米，这与真实的日地距离已经十分接近。于是结合罗默的观测数据和卡西尼的测算结果，荷兰天文学家惠更斯得出结论：光速大约为每秒22万公里。当然了这与真实的光速，还是存在着不小差距，但我们相信，只要沿着这条路走下去，随着天文观测的逐渐精准，光速也会越来越精确，但问题是，这个办法过于麻烦，因为天文观测往往一观测就是好几年时间，人生苦短、只争朝夕，所以万般无奈之下，人们还是回到了伽利略的老路上，当然了走老路要换新鞋，总穿着伽利略那双破鞋，是不可能测出真实光速的。那么新鞋到底应该是AJ还是椰子呢？
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卡西尼
1849年，法国科学家阿曼德·斐索想到了一个绝妙办法，这就是旋转齿轮法测量光速。简单来看，这种测量办法就是，在光源与镜子中间放一个齿轮，齿轮的齿恰好可以遮住光线，而齿之间的缝隙则可以透过光线，如此一来，在观察者眼中，光就会呈现忽明忽暗的变化。而这一明一暗的时间间隔，就是光通过这段路程所用的时间。由于齿轮的转速是可调的，所以通过齿轮，就可以精确得到光线走这段路程所用的时间，可见斐索的方法，就是对伽利略方法的一种极大的优化，它主要优化的就是对时间的测量，就这样经过多次实验之后，斐索得出结论，光速约为每秒31.3万公里，这与真实光速已经是十分接近了。后来，斐索的法国同胞傅科，又对斐索的实验进行了进一步的优化，他把齿轮改成了旋转的镜子，这被称为测量光速的旋转镜法，依靠这一方法，傅科测得光速为每秒29.8万千米，精度得到了进一步提高。再后来英国物理学家迈克尔逊，更是把旋转镜法发挥到了极致，他利用八面镜法，测得光速为每秒30万千米。当然了随着电磁理论的登场，进入20世纪后，什么微波谐振腔法、激光测速法，也相继得到应用，光速的具体数值变得越来越精确。而到今天，我们再也不用为测量光速伤透脑筋了，因为在一定程度上，我们可以说，如今的光速是定义出来的，2019年国际计量大会，将米重新定义为：光在真空中于1/299792458秒内行进的距离，所以光速就是一秒299792458米。
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斐索
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旋转齿轮法
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傅科
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旋转镜法
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八面镜法
说到测量光速，你可能会产生一个疑问，对于这样的大问题，天才般的牛顿有没有考虑过呢？其实牛顿还真想过这个问题，在其1704年发表的著作《光学》一书中，牛顿提出，光可以在一秒内穿越地球16.6次，大约就是每秒21万公里，至于这个21万是怎么得出来的，牛顿没有明说，应该是参考了罗默和惠更斯的数据，当然了依牛顿的脾气，就算是参考了，别说参考了，哪怕是抄的，他也绝对不会承认。不过虽然在光速这个问题上，牛顿没有作出什么突出贡献，但在光学研究的另一领域，牛顿却让世人彻底改变了对光的认知，这就是大名鼎鼎的光的色散实验。事实上在做这一实验时，牛顿还没有提出微积分和牛顿力学，所以说牛顿是以光学研究，踏入科学殿堂的。在光的色散实验之前，人们都认为，颜色是物体本身的性质，但牛顿却证明，我们所看到的某物体的单一颜色，其实是不同色光所组合的结果。同时色散现象也说明，光在介质中的折射率，会随着频率的不同而发生改变，而频率不同的直观表现，正是不同光的颜色之别。我们知道，频率是波具有的性质，所以此时的牛顿，距离光的波动说已经非常近了。后来牛顿为了展现自己比胡克的知识水平不知道高到哪里去了，又通过两块透镜，发现了神奇的牛顿环，牛顿环所展现的，其实正是光的干涉现象，到这时，牛顿距离光的波动说，可以说只有一步之遥，只要他想，随时都可以让波动说横空出世。
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牛顿色散实验
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牛顿环
但牛顿却并没有对这个问题产生太大兴趣，他转而做起了另一个自认为更重要的工作，这就是改进望远镜。当时，正值天文学大发展的年代，这种大发展主要得益于伽利略对望远镜的发明，但是到牛顿时代，天文学的发展开始进入瓶颈期，原因就是由苏格兰数学家格雷戈里设计、胡克完成制造的格雷戈里式折射望远镜，其精度很难获得进一步提高。这是因为，制造望远镜就需要磨制镜片，这个活儿可不是一般人能干的，当时也没有什么工厂，更没有什么数控机床，各路天文学家只能自己动手，再加上当时的测量技术不是很完善，稍有偏差，镜片基本上就报废了。比如说开普勒就很悲催，这哥们的手不是很巧，干不了磨镜片这样的细活儿，所以进行天文观测，只能求助于他人，据说开普勒曾向伽利略借望远镜，但被伽利略拒绝了，如果开普勒当时能有一架更好的望远镜，天文学的历史是否会被改写呢？只可惜，历史没有如果。
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格雷戈里
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折射式望远镜
但是牛顿发现牛顿环之后，情况就不一样了，借助牛顿环，牛顿就可以精密地检测镜片的精度，也就是说，牛顿环就好比是一把尺子，有了这把尺子，就可以在磨制镜片的过程中不断调节，从而大大提高了磨制镜片的成功率。但即便如此，磨制镜片仍然是一个麻烦活儿，于是牛顿任性了一把，他索性重新设计了天文望远镜。之前格雷戈里式的折射望远镜，需要用到多个凹面镜，至少也得是两个，但牛顿发明的反射式望远镜，却只需要用一个凹面镜。据说，当牛顿意气风发地把新式望远镜，摆放在皇家科学院案头时，本以为会获得经久不息的掌声，结果没想到，却遭到科学院元老胡克的批判一番，原因不是为别的，正是因为牛顿挑战了胡克的权威，从此之后，两位小心眼儿便开始了漫长且残酷的权力斗争，只是让所有人都没有想到的是，光学的历史进程，竟然也因为两人的斗争，发生了彻底的转变。
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反射式望远镜
前面说到，不论是牛顿关于光的色散实验，还是后来牛顿环的发现，都预示着光的本质是一种波，只不过牛顿一直没有捅破这层窗户纸。这下妥了，胡克瞅准时机率先发难，你牛顿之前一直站在我的肩膀上，这下咱俩该换一换位置了。于是胡克在历史上，首次提出了光的波动说，与此同时，法国科学院的掌门人惠更斯，也支持胡克的说法，这个惠更斯其实就是荷兰的那个惠更斯，一个荷兰人可以当上法国科学院的掌门人，足以见得惠更斯知识水平之高。按理说，光的色散和牛顿环都是牛顿亲眼发现的，牛顿也应该是波动说的积极拥护者，但有道是敌人支持的，我就应该反对，于是牛顿便针锋相对地提出了光的微粒说，认为光是由一些微小的颗粒所组成的。当然了作为一名旷世奇才，牛顿提出光的微粒说，也不完全是无中生有，事实上，当时牛顿之所以没有进一步提出光的波动说，原因就在于他有一个顾虑，这个顾虑就是，如果光是一种波，那么很多日常现象，就将是无法解释的，比如说光的反射现象，就是微粒说最好的证据。就这样，一场关于光的百年争论，就此拉开帷幕。
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惠更斯
首先占据上风的是波动说，1690年，经过深入的理论推导，惠更斯提出了惠更斯原理，他提出：对于任何一种波，从波源发射的子波中，其波面上的任何一点，都可以作为子波的波源，各个子波波源波面的包络面，就是下一个新的波面。估计是没听懂，我也不懂，反正他的中心思想就是：介质中任一处的波动状态，都是由各处的波动所决定的。在提出惠更斯原理之后，惠更斯就开始尝试用其解释光的传播，并推导出了光的折射定律和反射定律，也就是说，即便认为光是一种波，它也是符合折射和反射定律的。于是光的波动说，首先拔得头筹。不过在这里，惠更斯也给波动说埋下了一个隐患，因为为了推导出折射与反射定律，惠更斯不得不接受亚里士多德的观点，认为空间中具有无所不在的以太，以此作为光的波动媒介，当然了这是后话。
总之甭管怎样，既然波动说也可以解释种种光学现象，那么它理应把微粒说按在地上摩擦。但万万没想到，就在惠更斯提出惠更斯原理之前的1687年，牛顿发表了改变世界的《自然哲学之数学原理》，一时间，他成为了上帝的代言人、宇宙的立法者，在此之后，牛顿的大名日渐显赫，当时人们搞科学研究基本上就是两条原则：一、牛顿说的就是对的；二，如果你的实验或理论与牛顿不符，那么请参照第一条。在这种强大的权威之下，既然牛顿提倡光的微粒说，那么甭管你波动说多么具有说服力，都是不可信的，光就是由粒子组成。
不过就在波动说节节败退之时，英国物理学家托马斯·杨挺身而出，他做出了号称物理学历史上最美的实验——双缝干涉实验，从而有力地证明了光的波动本质。可惜的是即便如此，对于主流科学界来说，牛顿的地位依然不容挑战，所以杨的实验结果被压制长达20年之久。但有道是，科学史上从来不乏埋头苦干的人，拼命硬干的人，为民请命的人，舍身求法的人。虽然光的波动说屡遭压制，但追求真理永远让有识之士前仆后继。
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托马斯·杨
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双缝干涉实验
或许是由于英法之间长久以来的竞争关系，而牛顿恰恰是一个英国人，所以在1818年，法国科学院搞了一次征文大赛，题目就是光的衍射，以此来为光的波动说站台。而且为了公平起见，法国科学院还是邀请数学家泊松，作为此次大赛的评审委员会主席，因为泊松是牛顿忠实的追随者，同时也是微粒说坚定的支持者。在这次大赛中，法国科学家菲涅尔指出，光是一种波，它不仅具有干涉这一波的特性，同时也具有衍射现象。而当泊松看到菲涅尔的论文之后，他心中马上就蹦出了四个字：一派胡言。于是为了彻底摧毁菲涅尔的理论，泊松从菲涅尔的论文出手，没有枪没有炮，敌人给我们造，他通过缜密的数学推导指出，如果菲涅尔的理论是正确的，那么在光束的传播路径上，放置一块不透明的圆板，由于光在圆板边缘的衍射，那么在离圆板一定距离的地方，圆板阴影的中央，应该会出现一个亮斑。这种现象无疑是十分违背直觉和常识的。但菲涅尔还是欣然接受了挑战，最终经过精心的实验，奇迹果然出现，在圆板阴影的中心，居然真的出现了一个亮斑，从此这个亮斑就被称为“泊松亮斑”，泊松本打算利用不可能出现的泊松亮斑，来给光的波动说致命一击，但没想到，以自己名字命名的亮斑，竟然瓦解了微粒说，泊松的这次乌龙，也被看作是科学史上最大的打脸事件。自此之后，光的波动说开始占据统治地位，微粒说随之土崩瓦解，不过到此为止，波动说依然认为，光波的传播媒介，是宇宙中无所不在的以太。
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泊松
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菲涅尔
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泊松亮斑
但是以太这个东西，虽然从古希腊一直活到了19世纪初，但人们却始终未能发现它的真面目，这不由得让人们对以太是否真实存在，产生了重大怀疑。于是在1887年，美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊与爱德华·莫雷，利用迈克尔逊干涉仪，完成了著名的迈克尔逊-莫雷实验。在实验中，他们发射出两道光，一道光垂直于地球，另一道光沿着地球公转轨道的切线方向。原则上看，由于地球以每秒30公里的速度绕太阳运动，所以就必然会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来，在这种情况下，以太风必然会对光的传播产生影响。也就是说，如果光波是通过以太这种介质进行传播的话，那么两道不同方向的光线，其速度就会有所差异，但实验结果却显示，不管怎么发射，也不管实验如何精确，光的速度都是恒定不变。当时洛伦兹变换和相对论并没有提出，人们信奉的还是速度叠加原理，所以迈克尔逊-莫雷实验就证明，以太并不存在，而没有了以太这种传播介质，光的波动说突然间岌岌可危，这正是打败自己的往往不是对手，而是自己。
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迈克尔逊
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莫雷
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迈克尔逊-莫雷实验
那么波动说是否会就此覆灭呢？英国物理学家麦克斯韦给出的答案是：你别着急。1831年，大实验学家法拉第发现了电磁感应现象，至于为什么会发生这一现象，法拉第无法给出合理解释，世人需要一个说法，这个说法一等就是40多年。1873年，法拉第的同胞、英国物理学家麦克斯韦出版了科学名著《电磁理论》，麦克斯韦的理论简单来说就是，电场和磁场可以相互产生，比如说现在在一根导线中通入交变电流，那么在这个导线周围，就会产生一个环形磁场，而变化的磁场又会马上产生了一个与磁场的环形垂直的环形电场，然后环形电场又会产生一个与之垂直的环形磁场，如此下去是一环套一环，每两个相邻环之间都是彼此垂直的关系，用专业的话说就是，电场和磁场彼此正交，由此便形成了电磁波。在这一理论中，电磁波的传播完全是自我奋斗，并不需要以太作为介质。当然了还得说明，电磁波的传播是否真的不需要介质，其实目前还存在争论，毕竟有道是真空不空，真空也处处存在着量子涨落，关于这个问题，那就过于高端了，只能留给历史进程。
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法拉第
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麦克斯韦
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电磁波
同时也正是在研究电磁波的过程中，麦克斯韦惊讶地发现，电磁波的传播速度，竟然也是秒速30万公里，与光速别无二致，这让麦克斯韦不禁联想到，或许光也是一种电磁波。于是麦克斯韦进一步得出推论，所有的电磁波在真空中的行进速度，都是每秒30万千米。不过不同的电磁波，有着不同的振荡频率，波长越短、频率越高，反之，波长越长、频率越低。另一方面，由于电磁波中包含有振荡的电场，所以当电磁波到来时，电场就会作用于各种物质，比如说微波和红外线，会使得物质中的分子发生运动，我们知道，分子运动的剧烈程度，对外表现就是温度，所以被微波和红外线照射的物体，其温度就会升高。同样的道理，还有一部分电磁波，会作用于视网膜细胞所包含的各种物质，并导致物质的分子结构发生变化，这种结构变化的信号，作为视觉信息从视神经传递至大脑，最终就形成了我们的视觉，所以所谓的光，其实只是一种对于人类来说比较特殊的电磁波。
可以说麦克斯韦的解释，简直堪称完美，但它毕竟还只是一个理论，要想得到证明，还需要实验加以验证，但遗憾的是，此时实验大王法拉第已经去世，那么还有谁可以完成这个注定不简单的实验呢？这一次站出来的是德国物理学家海因里希·赫兹。书说简短，当然了主要原因还是我说不明白，1888年，赫兹通过实验，证实了电磁波的存在，1889年，赫兹进一步证明，光是一种电磁波。但是在实验过程中，赫兹却发现了一个自己无法解释的现象，这就是石英板会放过紫外线，而其他的遮挡物则会吸收紫外线，从而影响实验效果。这一现象引起了物理学界的浓厚兴趣，于是人们又做了一系列实验，结果更加神奇的现象出现了。物理学家发现，对于某些金属来说，只要紫外线一经照射，金属表面马上就会带正电，就好像负电飞走了一样，这种现象就被称为“光电效应”。同时，也正是在研究这一现象的过程中，英国物理学家约瑟夫·汤姆逊发现了电子的存在。如此一来，所谓的光电效应，其实就是电磁波把物质的电子给干出去了。
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赫兹
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汤姆逊
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光电效应
对于这种现象，光的波动说就难以解释了，因为根据波动说，电子的发射应该和所谓的“照度”有关，也就是说，只要照射的时间足够长，累积的能量足够多，就可以导致电子的逃逸，这与电磁波的频率是大是小，并没有关系。但事实却证明，对于某些金属来说，紫外线或许可以让它的电子轻松逃逸，但要是换成红外线，你就是照上七七四十九天，电子也是无动于衷。为什么会出现这种现象呢？一些物理学家提出了几个难以自圆其说的解释，比如说德国物理学家菲利普·莱纳德，就曾在1902年提出了一个“触发假说”，他认为，光波并没有给予这些电子任何能量，事实上，电子本来就具有这种能量，电磁波或者说光波只是一个触发器，频率高的光波，更容易触发电子的逃逸，频率低的光波，就不容易触发电子的逃逸。看起来很有道理的样子，但其实触发假说，并不能完全解释光电效应，因为如果电子本来就具有逃逸原子束缚的动能，那么对物质进行加热，按理说也可以触发它的逃逸，但事实却是，没有任何实验支持这一说法。
不过就在整个物理学界一筹莫展之时，在瑞士伯尔尼的专利局，一位刚刚入职、风华正茂、头发还并不凌乱的犹太人，也在思考这一问题，你当然知道，他就是爱因斯坦。仅仅三年之后，1905年，爱因斯坦一口气发表了五篇论文，每一篇都是惊世之作，都有资格角逐诺贝尔奖，所以这一年就被称为“爱因斯坦奇迹年”，放眼整个物理学历史，也只有牛顿为了躲避鼠疫的乡下隐居岁月，才可以与其媲美。而在这五篇论文中，其中一篇名为《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，在这篇论文中，爱因斯坦指出，光是一群离散的量子，而不是之前认为的连续性的波。组成光束的每一个量子所拥有的能量，等于频率乘以普朗克常数，对于某种物质来说，如果光子的频率大于某一极限频率，那么这颗光子就具有足够的能量来使得一个电子逃逸，从而产生光电效应。这就合理解释了为什么光电效应的产生，只与光波的频率有关，而与辐照度无关。就这样，凭借着对光电效应的解释，爱因斯坦与普朗克，还有玻尔一起，开创了量子力学。
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爱因斯坦
不过可想而知，由于波动说占据统治地位如此之久，爱因斯坦的解释，也瞬间遭遇到大量的诘难，而要想让他人臣服，爱因斯坦的光量子假说，还是需要实验论证。1916年，美国物理学家密立根通过实验，证明了爱因斯坦的光电效应解释，同时也重新测定了普朗克常数，五年之后，爱因斯坦便因为光电效应获得了诺贝尔物理学奖。
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密立根
爱因斯坦这边是高歌猛进，可是整个物理学界却有点迷失了方向，爱因斯坦的理论无疑是正确的，光确实由粒子组成，但同时，光也明显表现出波动的性质，实验同样支持这一结论，那么光到底是一种波还是一种粒子呢？无奈之下，人们只能接受它既是波又是粒子，这就是光的波粒二象性，争论了几百年，最后反倒是中庸之道。于是新的问题又出现了，世间的万事万物，是不是只有光具有这种特性呢？1924年，法国物理学家德布罗意提出了物质波的概念，他指出，任何物质都具有波粒二象性，只不过宏观物体的波动性极小，观察不到而已，而微观物质则会表现出较为明显的波动性，比如说光子。总之到此为止，争论终于结束，一段关于光学的发展历程，也要落下帷幕，或许也终有一天，如今人类关于光的种种认识，也将被再度推翻，但这不重要的，重要的是在此期间人类所绽放的理性之光，这道光才是文明前行的无尽动力，才是照亮寰宇的璀璨光芒。