光是什么.

光,是每个人见得最多的东西("见得最多"在这里用得真是一点也不错)。自古以来,它就理所当然地被认为是这个宇宙最原始的事物之一。在远古的神话中,往往是"一道亮光"劈开了混沌和黑暗,于是世界开始了运转。光在人们的心目中,永远代表着生命,活力和希望,更由此演绎开了数不尽的故事与传说。从古埃及的阿蒙(也叫拉Ra),到中国的祝融;从北欧的巴尔德(Balder),到希腊的阿波罗;从凯尔特人的鲁(Lugh),到拜火教徒的阿胡拉·玛兹达(AhuraMazda),这些代表光明的神袛总是格外受到崇拜。哪怕在《圣经》里,神要创造世界,首先要创造的也仍然是光,可见它在这个宇宙中所占的独一无二的地位。

可是,光究竟是一种什么东西呢?虽然我们每天都要与它打交道,但普通人似乎很少会去认真地考虑这个问题。如果仔细地想一想,我们会发现光实在是一样奇妙的事物,它看得见,却摸不着,没有气味也没有重量。我们一按电灯开关,它似乎就凭空地被创生出来,一下子充满整个空间。这一切,都是如何发生的呢?

有一样事情是肯定的:我们之所以能够看见东西,那是因为光在其中作用的结果,但人们对具体的作用机制则在很长一段时间内都迷惑不解。在古希腊时代,人们猜想,光是一种从我们的眼睛里发射出去的东西,当它到达某样事物的时候,这样事物就被我们所"看见"了。比如恩培多克勒(Empedocles)就认为世界是由水、火、气、土四大元素组成的,而人的眼睛是女神阿芙洛狄忒(Aphrodite)用火点燃的。当火元素(也就是光,古时候往往光、火不分)从人的眼睛里喷出到达物体时,我们就得以看见事物。

但显而易见,单单用这种解释是不够的。如果光只是从我们的眼睛出发,那么只要我们睁开眼睛,就应该能看见。但每个人都知道,有些时候,我们即使睁着眼睛也仍然看不见东西(比如在黑暗的环境中)。为了解决这个困难,人们引进了复杂得多的假设。比如柏拉图(Plato)认为有三种不同的光,分别来源于眼睛,被看到的物体以及光源本身,而视觉是三者综合作用的结果。

这种假设无疑是太复杂了。到了罗马时代,伟大的学者卢克莱修(Lucretius)在其不朽著作《物性论》中提出,光是从光源直接到达人的眼睛的,但是他的观点却始终不为人们所接受。对光成像的正确认识直到公元1000年左右才被著名的伊斯兰科学家阿尔·哈桑(al-Haytham,也拼作Alhazen)所最终归纳成型:原来我们之所以能够看到物体,只是由于光从物体上反射进我们眼睛里的结果。哈桑从多方面有力地论证了这一点,包括研究了光进入眼球时的折射效果以及著名的小孔成象实验。他那阿拉伯语的著作后来被翻译并介绍到西方,并为罗杰尔·培根(RogerBacon)所发扬光大,这给现代光学的建立打下了基础。

关于光在运动中的一些性质,人们也很早就开始研究了。基于光总是走直线的假定,欧几里德(Euclid)在《反射光学》(Catoptrica)一书里面就研究了光的反射问题。托勒密(Ptolemy)、哈桑和开普勒(JohannesKepler)都对光的折射作了研究,而荷兰物理学家斯涅耳(WillebrordSnell)则在他们的工作基础上于1621年总结出了光的折射定律。最后,光的种种性质终于被有"业余数学之王"之称的费尔马(PierredeFermat)所归结为一个简单的法则,那就是"光总是走最短的路线"。光学作为一门物理学科终于被正式确立起来。