牛頓很久以前做過棱鏡分束實驗。可見光(當時牛頓的實驗對象是自然可見光,即太陽光的可見部分,實際上還有其他波長的不可見部分,只是肉眼看不到,所以他沒有意識到)通過棱鏡變成了彩色,形成了最原始的光譜圖。所謂譜圖,簡單來說就是以波長為橫軸,在圖上標出不同頻率的光,就像壹個菜譜列表,只不過不同的菜名換成了按大小排列的頻率。牛頓基於對當時光的反射和折射等幾何性質的觀察,提出光是壹種粒子,小到肉眼無法分辨單個光粒子,光是由大小不壹、快速振動的光粒子組成的。在早期經典物理對光的研究中(相對於後來發展起來的量子物理),幹涉和衍射現象是光作為波存在的最有力證據,這是當時大多數物理學家公認的,其中菲涅耳衍射和楊氏雙縫幹涉是最重要的(壹般光學書籍中都有提及)。從牛頓的粒子到惠更斯的波動理論,關於光的本質的爭論持續了壹個多世紀。經典物理學不能接受光既是波又是粒子。
在經典電磁學發展的後期,麥克斯韋總結的方程組(見麥克斯韋方程組)統壹了電磁場理論,從數學上解釋了光的幾何特性。光的漲落建立了從理論到實驗的完整體系。麥克斯韋指出電磁波和光的速度相同,並預言光(當時僅限於可見光的概念)是電磁波。經典物理學似乎已經走到了盡頭。19世紀末20世紀初的許多科學家認為對物理世界的探索已經基本完成,剩下的只是補充和細化工作。
但是歷史帶來了相對論和量子力學。早在1888赫茲就觀察到當紫外線照射到金屬上時,會使金屬發射出帶電粒子,湯姆遜等人證實了這種帶電粒子就是電子,這就是所謂的光電效應。普朗克提出量子化概念後,愛因斯坦成功地解釋了光電效應。隨著對化學元素認識的深入和對原子模型的探索,丹麥格本哈根學派的代表人物玻爾向量子化的原子物理學和光譜學邁出了開創性的壹步——電子軌道的量子模型(“量子”壹詞可以簡單理解為“不連續”,與宏觀世界中的各種連續過程相對)。物理學家認識到,原子中的電子從壹個軌道跳到另壹個軌道,伴隨著電磁能量的變化,這種變化以不同波長和頻率的電磁波輻射或吸收的形式出現。
1923年到1924年,年輕的法國科學家德布羅意在他題為《量子論研究》的博士論文中提出了所有物質粒子都具有漲落和粒子二象性的假設。指出物質粒子的波長(漲落範疇)與粒子動量(粒子範疇)成反比。這是第壹次把光的粒子性和波動性聯系起來,並被證明是成功的。後來還發現電子群也有波動行為,於是電磁波的粒子性得到了證實。
簡單來說,光可以表示為光子或電磁輻射。關於英文版的解釋,請參考維基百科和大英百科全書在線。深入的理論可以參考《原子物理學》(楊家福著)和壹些現代光學讀物,更深入的理解要參考量子力學、電動力學、量子電動力學。