同学们大家好，欢迎大家来到科普大讲堂。老师先问大家一个问题，你们认为光是波，还是粒子呢？这个问题似乎有点深奥。如果是波，那么光应该就像绳子一样，蜿蜒不断地传播。如果是粒子，那就应该像沙子一样，粒粒可数。

17世纪末，著名科学家牛顿和惠更斯之间，针对光的本质产生了争论。牛顿认为光是由许多微小的粒子组成的，而惠更斯则认为光是一种波。由于牛顿在科学界的地位，光的粒子说一直占据上风。直到19世纪初，英国科学家托马斯·杨通过双缝干涉实验证实了光的本质。

大家请看，这就是“双缝实验”。当我们打开电源，启动激光发射器，旋转旋钮，调节双缝板的位置，可以看到光在屏幕上形成了明暗相交的条纹。大家想一想，条纹是如何形成的呢？如果将光波换成水波，波纹穿过双缝板形成了两股波纹，两股波纹交替影响，当波峰和波峰或波谷和波谷叠加，会明显较强，在屏幕上形成明亮的条纹，而波谷和波峰叠加，则相互抵消，形成暗纹。这就是光的双缝干涉实验。由于这种现象是波独有的特性，所以当时光的波动论占据主流。这还并非最终结论。

时间来到18世纪末，科学家们在研究黑体辐射时发现了一个令人困惑的现象：黑体辐射的能量分布与经典物理学预测的结果存在显著偏差。这成为了19世纪末物理学大厦上一朵乌云。所谓黑体，是指一个能够吸收所有入射电磁辐射的理想化物体，它的辐射特性仅由其温度决定。如果大家见过烧红的铁丝，就会发现温度越高铁丝的颜色越亮，当冷却时，颜色会随着温度变暗。这说明物体的能量辐射与自身温度有密切关系。

大家看看这件“普朗克的黑体辐射”，通过改变白炽灯泡的电能改变灯丝的温度。在发光灯泡后面的屏幕上，色谱曲线会根据灯泡的温度实时变化。通过观察，我们可以知道物体温度与其发出的光的颜色之间有密切的联系。温度越高，物体辐射的光谱峰值越接近短波波段。

太阳光谱的峰值就集中在黄绿波段，即550纳米左右，这是因为太阳的表面温度约为6000度左右，其颜色为白中带绿，其辐射的波长主要集中在可见光范围。

在探索黑体辐射之谜的征途中，马克斯·普朗克提出了“量子化”的概念。能量只能是以普朗克常数的倍数出现。想象一下我们使用的钞票现金，它就是以最小面额的整倍数出现，最小的是一角，没有0.5角或2.5角的币值。普朗克所引入的量子假说，不仅巧妙解释了黑体辐射的频谱分布，更为量子力学的诞生奠定了基石。普朗克的理论虽然很符合物理学的实验数据，但量子化的概念过于诡异，以至于当时大多数科学家无法接受。直到爱因斯坦的出现。

我们了解爱因斯坦主要因为他提出相对论，其实他也是量子力学的奠基者。爱因斯坦在1905年发表一篇关于光电效应的论文，完美地解释了光电效应。赫兹最早发现光电效应的发生与光的频率有关，而与光的强度无关。但很长时间以来没有得到合理解释。

我们来看“光电效应”这件展项，大家可以按下一个按钮，启动一个自动化的实验设置。静电计放电，光线照射在静电计上。首先，经过紫外线过滤的光线不会使静电计放电。但我们除去紫外线滤波器后，静电计开始放电。这说明只要光的频率足够高，就可以引起物体表面的电流变化。

爱因斯坦在1905年提出了光子假设，当光照射到物质表面时，电子吸收光子的能量，当能量足够克服逸出功时，电子就能够从物质表面逸出。逸出的电子被称为光电子。

所以，光不仅仅是波，还是粒子，具有波粒二象性。爱因斯坦成功解释了光电效应，这一发现不仅揭示了光的粒子性，也为量子力学的发展奠定了基础。

1923年，法国科学家德布罗意受到爱因斯坦理论的启发，提出不仅光具有波粒二象性，一切物质也都具有波粒二象性。这一假说打破了人们对物质的传统认识，为量子力学的发展奠定了基础。我们再次回到第一件展品“双缝实验”，假设把光换成电子等物质，当它们通过双缝时也会出现明暗交接的条纹。后来，科学家戴维森和杰尔默·革末进行的电子散射实验成功验证了德布罗意的理论。

物质波的概念让我们对微观世界的探索更加深入，也为许多科学实验提供了理论支持。德布罗意的这一贡献无疑是对科学的巨大推动，也是对人类认知的一次深刻拓展。通过用电子束轰击镍靶并观察反射电子的角度分布，他们发现实验结果与物质波假设所预测的模式吻合，这为物质波理论提供了强有力的实据。

光的本质研究历程不仅仅是物理学领域的一次思想革命，更是人类智慧的集中体现。科学家们通过对自然现象的观察、实验验证以及理论抽象，不断深化对光的认识，推动科学技术的进步。这种追求真理、勇于创新的科学精神，不仅极大地丰富了人类对自然界的认识，也促进了社会的进步和发展。