自从德谟克利特 - 一位生活在公元前5世纪和4世纪之间的希腊哲学家 - 认为所有的存在都是由微小的不可分割的原子构成以来，科学家一直在猜测光的本质。虽然科学家们在光线是粒子或波浪直到现代之间来回徘徊，但20世纪导致了突破，表明它表现得像两者一样。这些包括电子的发现，量子理论的发展和爱因斯坦的相对论。然而，当谈到光明时，仍有许多令人着迷和未解决的问题，其中许多都源于其双重性质。例如，光如何在没有质量的情况下显然是如此，但仍然表现为粒子？当所有其他波需要介质传播时，它如何表现为波浪并通过真空？
光到19世纪的理论：
在科学革命期间，科学家开始摆脱亚里士多德的科学理论，这些理论被认为是几个世纪以来被接受的经典。这包括拒绝亚里士多德的光学理论，认为它是空气中的扰动（他构成物质的四个“元素”之一），并且包含了光由不可分割原子组成的更机械观点。在许多方面，这一理论已经被古典古代的原子论者所预示 - 例如德谟克利特和卢克莱修斯 - 他们都将光视为太阳发出的物质单位。到了17世纪，出现了几位接受这种观点的科学家，他们指出光是由离散的粒子（或“小体”）组成的。这包括皮埃尔·伽桑狄，当代笛卡尔，霍布斯，波义耳，而最有名的，艾萨克·牛顿爵士。
牛顿的微粒理论是对他作为物质点通过力量的相互作用的现实观的阐述。100多年来，这一理论仍然是公认的科学观点，其原理在1704年的论文“Opticks，或者反思，折射，变形和光的颜色”中得到了解释。根据牛顿的说法，光的原理可归纳如下：
每个光源都会在源周围的介质中发出大量微小粒子，称为微粒。
这些小体完全弹性，刚性和失重。
这代表了对17世纪荷兰天文学家克里斯蒂安惠更斯所倡导的“波浪理论”的挑战。。这些理论于1678年首次传播到巴黎科学院，并于1690年在他的“Traitédelalumière”（“光之论”）上发表。在其中，他论述了笛卡尔视图的修订版本，其中光速是无限的，并且通过沿波前发射的球面波传播。
双缝实验：
到19世纪初，科学家开始打破微粒理论。部分原因在于，微粒理论未能充分解释光的衍射，干涉和偏振，但也因为各种实验似乎证实了光仍表现为波浪的竞争观点。
其中最著名的可以说是双缝实验，最初是由英国博学家托马斯·杨于1801年进行的（尽管艾萨克·牛顿先生被认为在他自己的时代做过类似的事情）。在Young的实验版本中，他使用了一张带有切口的纸条，然后用光源指向它们以测量光线是如何通过它的。根据经典（即牛顿）粒子理论，实验结果应该与狭缝相对应，对屏幕的影响出现在两条垂直线上。相反，结果显示相干光束干扰，在屏幕上产生明亮和暗带的图案。这与经典粒子理论相矛盾，其中粒子不会相互干扰，而只是相互碰撞。
对这种干涉模式唯一可能的解释是光束实际上表现为波。因此，这个实验消除了这样一种观念，即光由微粒组成，并且在接受光波理论中起到了至关重要的作用。然而，随后的研究，涉及电子和电磁辐射的发现，将导致科学家再次考虑光也表现为粒子，从而产生波粒二象性理论。
电磁学与狭义相对论：
在19世纪和20世纪之前，光速已经确定。第一次记录的测量是由丹麦天文学家OleRømer进行的，他在1676年使用木星月亮Io的光测量结果证明了光以有限的速度（而不是瞬间）传播。
到19世纪末，James Clerk Maxwell提出光是电磁波，并设计了几个方程（称为麦克斯韦方程）来描述电场和磁场是如何彼此产生和改变的，以及电荷和电流的变化。通过测量不同类型的辐射（磁场，紫外线和红外线辐射），他能够计算出真空中的光速（用c表示）。
1905年，阿尔伯特爱因斯坦出版了“关于移动身体的电动力学”，其中他提出了他最着名的理论之一，并推翻了几个世纪以来被接受的观念和正统观念。在他的论文中，他假定所有惯性参考系中的光速都是相同的，无论光源的运动或观察者的位置如何。探索这一理论的后果使他提出了他的狭义相对论，它将麦克斯韦的电和磁方程与力学定律相协调，简化了数学计算，并符合直接观察到的光速，并将其解释为观察到的像差。它还表明光的速度在光和电磁的范围之外具有相关性。
首先，它引入了这样的想法：当物体移动接近光速时发生重大变化，包括在观察者的框架中测量时，移动体的时空框架看起来在运动方向上减速和收缩。经过几个世纪的精确测量，1975年光速确定为299,792,458 m / s。
爱因斯坦和光子：
1905年，当爱因斯坦提出电子从光吸收能量时从原子发射时，他们也帮助解决了围绕电磁辐射行为的大量混乱。被称为光电效应的爱因斯坦将他的想法建立在普朗克早期的“黑体”工作上 - 这些材料吸收电磁能而不是反射它（即白体）。
当时，爱因斯坦的光电效应试图解释“黑体问题”，其中黑体由于物体的热量而发射电磁辐射。这是物理世界中一个长期存在的问题，这一问题源于电子的发现，这种电子仅发生在八年前（感谢由JJ汤普森领导的英国物理学家和使用阴极射线管的实验）。当时，科学家仍然认为电磁能表现为波，因此希望能够用经典物理学来解释它。爱因斯坦的解释代表了对此的突破，断言电磁辐射表现的方式与粒子一致 - 一种量子化的光，他称之为“光子”。对于这一发现，爱因斯坦于1921年获得诺贝尔奖。
波粒二象性：
关于光行为的后续理论将进一步完善这一理念，其中包括法国物理学家Louis-Victor de Broglie计算光的功能波长。接下来是海森堡的“不确定性原理”（其中指出准确地测量光子的位置会干扰其动量的测量，反之亦然），而薛定谔的悖论声称所有粒子都具有“波函数”。
根据量子力学解释，薛定谔提出所有关于粒子的信息（在这种情况下，光子）都是在其波函数中编码的，这是一种复数值函数，大致类似于空间中每个点的波幅。在某些位置，波函数的测量将随机地“崩溃”，或者更确切地说“消失”，达到尖锐的峰值函数。这在薛定谔着名的悖论中得到了说明，该悖论涉及一个封闭的盒子，一只猫和一小瓶毒药（被称为“薛定谔猫”悖论）。
根据他的理论，波函数也根据微分方程（又称薛定谔方程）演化。对于具有质量的粒子，该等式具有解;但对于没有质量的颗粒，没有解决方案。涉及双缝实验的进一步实验证实了光子的双重性质。其中包含测量装置以观察光子穿过狭缝时的情况。当这样做时，光子以粒子的形式出现，它们对屏幕的影响对应于狭缝 - 微小的粒子大小的斑点分布在直的垂直线上。通过将观察装置放置到位，光子的波函数坍塌并且光再次表现为经典粒子。正如薛定谔所预测的那样，这只能通过声称光具有波函数来解决，并且观察它会导致行为可能性的范围崩溃到其行为变得可预测的程度。
量子场论（QFT）的发展是在接下来的几十年中设计的，以解决围绕波粒二象性的大部分模糊性。并且随着时间的推移，这一理论被证明适用于其他粒子和相互作用的基本力量（如弱核和强核力）。今天，光子是粒子物理学标准模型的一部分，它们被归类为玻色子 - 一类亚力子粒子，它们是力载体并且没有质量。
那光怎么走？基本上，以不可思议的速度（299 792 458 m / s）和不同波长行进，取决于其能量。它还表现为波浪和粒子，能够通过介质（如空气和水）以及空间传播。它没有质量，但如果与介质接触，仍然可以被吸收，反射或折射。最后，唯一可以真正转移它或阻止它的是重力（即黑洞）。我们在光学和电磁学方面所学到的知识一直是20世纪初物理学革命所固有的，这场革命从那时起就一直在努力解决。感谢麦克斯韦，普朗克，爱因斯坦，海森堡和薛定谔等科学家的努力，我们学到了很多东西，但还有很多需要学习的地方。
例如，它与引力的相互作用（以及弱和强大的核力量）仍然是一个谜。释放这一点，从而发现万物理论（ToE）是天文学家和物理学家所期待的。总有一天，我们会明白它！
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