變化是生活的調味料

光有如同水波一般的繞涉現象，要了解這個現象，首先要對波有些概念，我們在日常生活中可以碰到許多種類的波，例如聲波、水波。這些波都有三個類似我們身高、體重的數值，就是波速、頻率及波長，而三個的關係為波速等於波長(wavelength)乘以頻率(frequency)，其中波速就是波前移動的速度，頻率就是一秒內被製造出來的波數目。如果你在水面放一個障礙物，而只留一個小孔，這時水波經過障礙物時，會有繞過障礙物而再生水波的現像。科學家就是要從這些性質來猜測光到底是什麼東西。但是這些現象也讓科學家對光的看法分成兩派，一是以牛頓為首的粒子說學派，另一派是以英國科學家虎克及荷蘭科學家海更斯(Christian Hygens)為首的波動說學派。

可是在當時牛頓在科學界地位很崇高，而波動說學派又無法將光是一種波的性質說明清楚，所以在十七世紀粒子說佔了上風。一直到西元1801年，英國科學家楊格( Thomas Young)提出了雙狹縫干涉( interference )的方法來計算光的波長，才為光波動說搶得一席之地，後來法國科學家夫瑞奈(Augustin Fresnel)承襲楊格的觀念，提出了光的繞射理論，解釋了光繞射現象，此後波動說就為大部分人所接受。到了十九世紀，英國科學家馬克斯威爾(James Clerk Maxwell)，總結電磁學並且預言了電磁波的存在，而且電磁波是以光速傳遞，暗示了光是一種電磁波。所以電磁波可以說是廣義的光，狹義的光指的是可見光。電磁波的發現使人類可以利用它來傳撥訊息，廣播節目和手機的使用都是電磁波的應用。到此光的波動性質被確立，好像宣告了粒子說已經是一條失敗的路，但事情並未結束，反而變的更戲劇化。

19世紀末至20世紀初，一連串的新現象被發現，為粒子說學派取得敗部復活的機會。19世紀末光電效應(photoelectric experiment)的發現，這個效應的現象是當我們用某種頻率的光去照射金屬，就會有電子跑出來，電子是一種在電路中移動的粒子，有了電子的跑動，電器用品才可以運作，像是電燈泡的發光，電風扇的轉動等。這是電子獲得能量，才能從金屬表面跑出，但這個現象無法用已經建立完整的電磁理論來解釋，因為我們用頻率較低的光去照射金屬，不管照射多久都不會有電子跑出來，或是將照光的強度加大也沒有辦法，只能用頻率大的光才有機會。科學家也發現頻率愈大的電磁波照射下，愈容易讓電子從金屬跑中出來。

此外德國科學家普朗克(Max Planck)在研究黑體輻射的過程中發現電子能量的量子化，也就是電磁波的能量只有某些特定的值才會出現，這有點像爬梯子，你只能爬上一些固定的高度，不能你想要站在多高就能如你所願的達到。黑體輻射其實並不是真的是黑色的物體，而是一個空腔或是空盒子，然後在空腔或空盒子周圍開一個很小的洞，這樣電磁波如果進入了空腔中就不容易再跑出來，就像黑體那樣，光都吸收後就跑不出來，所以稱它為黑體輻射。但是電磁波還是有很小的機會從小洞跑出空腔，我們就在小洞外統計跑出來不同頻率的電磁波數目有多少個，這個就是黑體輻射實驗。

這兩個現象都是當時的學問無法解答的問題，並且這些現象都暗示著光的能量與頻率有關。愛因斯坦於西元1905年對光電效應作出說明，這個說明為粒子說取得有利的地位，愛因斯坦提出了「光量子」這個名詞，光子帶有特定的能量，它的能量與頻率有關係，頻率愈大則能量愈強。光子可以被物質吸收，也可以與其他碰撞，具有像球那樣的粒子性，所以光可以看成是一種粒子。可是到底光是屬於粒子還是波動的呢？愛因斯坦提出了這樣的詮釋，光具有粒子性也具有波動性，當它顯現一種特性的時候，就不會顯現另一種特性，到此解決了三百多年來粒子說與波動說爭論。附帶一提的是同一年愛因斯坦根據當時的一些科學研究，特別是馬克斯威爾的電磁理論，推論出光的速度是固定的，並非是無限的，並提出狹義相對論，對科學的影響甚大。

十九世紀初，隨著物理新現象陸續被發現，人類對光的特性有了某種程度的了解之後，一連串的與光有關的研究被進行著，研究包含光與物質間之作用，由於這些研究，今日我們才可以產生光、控制光及利用光，也才會有現在許多新奇的科技產品，像是液晶螢幕、電漿電視、數位相機等，另外前面所提到的光電效應，是一種可以把太陽能變成電能的現象，所以我們也發展出太陽能發電。雖然我們發明了這麼多的光電產品，可是說實在的，光對我們來說依然很神秘，還有許多等待我們解決的疑問。