光的粒子说（法国皮埃尔·伽森荻提出的观点）

相关理论

光的折射：光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫光的折射。

1、光垂直射向介质表面时（折射光线、法线和入射光线在同一直线上），传播方向不变，但光的传播速度改变。

2、在光的折射中，光路是可逆性的。

3、不同介质对光的折射本领是不同的。空气>水>玻璃(折射角度）{介质密度大的角度小于介质密度小的角度}

4、光从一种透明均匀物质斜射到另一种透明物质中时，折射的程度与后者分析的折射率有关。

5、光从空气斜射入水中或其他介质时，折射光线向法线方向偏折。

6、入射角的正弦值与折射角的正弦值的比等于光在两种介质中的速度比、波长比。

光的粒子说

光的粒子说

在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内（反射光线在入射光线和法线所决定的平面内）；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。这就是光的反射定律（reflection law）。简称为三线共面，两线分居，两角相等

在反射现象中，光路是可逆的。

光的折射与光的射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。注意：在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射。反射光光速与入射光相同，折射光光速与入射光不同。

17世纪的笛卡儿是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家，他最先将以太引入科学，并赋予它某种力学性质。

在笛卡儿看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。以太虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。

后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。光的波动说是由胡克首先提出的，并为惠更斯所进一步发展。在相当长的时期内(直到20世纪初)，人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质就称为波的荷载物，如空气就是声波的荷载物。

由于光可以在真空中传播，因此惠更斯提出，荷载光波的媒介物质(以太)应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质之中。除了作为光波的荷载物以外，惠更斯也用以太来说明引力的现象。

牛顿虽然不同意胡克的光波动学说，但他也像笛卡儿一样反对超距作用，并承认以太的存在。在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。牛顿也认为以太可以传播振动，但以太的振动不是光，因为当时光的波动学说不能解释光为什么会直线传播。

以太首先是个哲学概念，而物理学家总是期望将它变成物理学概念。当一切寻找以太粒子的努力失败后，他们抛弃了以太。但是事实上，他们抛弃的仅是发现以太粒子的希望，而以太这个哲学概念在他们的头脑中反而变得更加根深蒂固了，几乎所有人认可了更微观结构存在可能性，努力发现其运动规律，并取得了令人兴奋的结果，更多的微观运动规律被提出验证，微观物理学进入了黄金时代。

相关证明

爱因斯坦相对论证明实验

爱因斯坦在建立广义相对论时，就提出了三个实验，并很快就得到了验证：（1）引力红移（2）光线偏折（3）水星近日点进动。其中光线偏折实验有力证明了光的粒子说。

光线偏折：如果按光的波动说，光在引力场中不应该有任何偏折，按半经典式的"量子论加牛顿引力论"的混合产物，用普朗克公式

光折射的原理（光折射的新理论）

光和物质间的相互作用力使光的运动方向发生改变即折射。我们平时所说的光是一种质量和体积非常小运动速度比较高的物质。光和其它物质有相同的性质。

1.光在宏观领域的折射：

在宇宙中，光经过天体附近区域时，光和天体间的相互引力作用使光运动路线向天体方向较显著弯曲（折射）。

2．光在微观领域的折射：

光的粒子说

光在介质内外各有一秒钟的行程，绿色长方体示绝对折射率

2.1．其中一种相互作用力是“动斥力”作用：无论光以何种角度射入介质都会和介质发生同样大小的“动斥力”相互作用（都须要做同样大小的入射功）,光射入介质后速度都要降低。由图看出光进入介质后平行于界面的速度仅剩下

2.2．光在O点和介质的另一种相互作用力是光和界面间的相互引力：如图二所示：该图是约放大10倍的示意图，OC线距离界面设为h=10米。光原来没有垂直于界面的运动速度，光在介质中垂直于界面的速度Vh是由它们间的相互引力作用产生的。

3用“光和物质间相互作用力理论”计算光折射的方法比用“光折射定律”计算更快捷。

光的粒子说

3.1设光在介质中平行于界面的速度为Vs，无须求折射角即可直接求出该值，因为

3.2设光在介质中垂直于界面的速度为Vh:

4“用光和物质间相互作用力理论”计算光在介质中垂直于界面速度的另一种求法更精确：

如图四所示，

4.1.求V余垂直于界面的分矢量Vh1

4.2.求引力作用产生的速度Vh2

由引力公式得出光和介质间的平均引力加速度A，

由作用距离得平均引力加速度作用的时间T，设

解得

4.3.最后求出光垂直于界面的总速度Vh

通过以上运算我们看到：用“光和物质间相互作用力理论”，计算光折射的数据比用“光的折射定律”计算的更准确。不论在宏观领域观测或是在微观领域观察；不论是在光现象中或是理论计算，均可看出光和物质间的相互作用力是光折射的主要因素。

相关现象

光电效应

1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。

光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应（金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子）。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。

光电效应里电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关。光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响。

光电效应

光电效应说明了光具有粒子性。相对应的，光具有波动性最典型的例子就是光的干涉和衍射。

只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。在入射光一定时，增大光电管两极的正向电压，提高光电子的动能，光电流会随之增大。但光电流不会无限增大，要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值就是饱和电流。所以，当入射光强度增大时，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，饱和电流也随之增大。

正负电子对撞湮没重现

反粒子最早是1928年P.A.M.狄拉克理论上预言正电子而提出的，1932年被C.D.安德森实验发现而证实；1956年美国物理学家张伯伦在劳伦斯-伯克利国家实验室发现了反质子，他用玻璃管中的被粒子加速器加速过的高能粒子对相撞，发现在突然间成对出现了几道轨迹，又在短时间内相撞而互相泯灭，这是人们第一次直接观测到反粒子。进一步的研究发现，狄拉克的空穴理论对玻色子不适用，因而不能解释所有的粒子和反粒子。根据量子场论，粒子被看作是场的激发态，而反粒子就是这种激发态对应的复共轭激发态。

正反粒子是从场论的观点来认识的，场的激发态表现为粒子，与之对应，场的复共轭激发态表现为反粒子。当γ光子的能量大于某种粒子静能的两倍，在一定的条件下就可以产生正反粒子对；反之，正反粒子相遇可湮灭并产生两个光子或 3 个光子，遵从质量-能量守恒和动量守恒。

总结

微粒说和波动说的完美结合爱因斯坦运用光量子说——全新意义上的微粒说，把光电效应解释得一清二楚．但是，爱因斯坦并没有抛弃波动说，而是把二者巧妙地结合在一起，并辨证地指出：“光——同时又是波，又是粒子，是连续的，又是不连续的．自然界喜欢矛盾……”，这一思想充分体现在他的光量子理论的两个基本方程

微粒说和波动说都缺乏足够证据，所以最终人类对光的认识变成波粒二象性。真正理解微观世界需要加入相对论、量子论、甚至目前最新的宇宙弦理论、膜理论，才有可能真正揭示出光的本质。对它的深入研究，甚至会进一步发现新的科学规律，发现宇宙的本质，造福人类。