来自北京大学的木头哥哥是把科学带回家的明星主持人，他最擅长给孩子讲有趣的科学。
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麦克斯韦1865年通过数学预测了电磁波的存在，不过在没有试验证明之前电磁波还只能是一种假说。要再过20多年，到了1887年，德国科学家赫兹才在实验室里发现了电磁波。到了1888年他把自己的发现发表了出来，在当时的科学界引起了轰动。这代表又一次由数学引导了物理发现。
赫兹也因为这项发现而名垂青史，他的名字被拿来命名了物理学中的一个单位。任何东西，它一秒钟震动的次数都被称为频率。频率的国际标准单位是赫兹。就像是距离的国际标准单位是米、时间的国际标准单位是秒一样。
赫兹
频率对于电磁波非常重要，因为有这样一个等式，波的传播速度=波长×频率。可以想象一下，有这样一个波源，每次只会发出一个完整的波。这个波会震荡地向前移动。每震荡一次，这道波会像是一条蛇一样向前移动一段距离。这个距离是多少呢？正好是一个完整波的长度，也就是波长。那么，一秒钟震动的次数乘以波长，就可以知道这道波一秒钟移动的距离了。1秒钟移动的距离不就是速度吗？这个公式就是这样来的。所以，对于电磁波，波长×频率=光速。
光速是恒定的，所以只要知道了电磁波的频率就可以计算出它的波长，同样知道了波长就可以计算出它的频率。我们知道可见光也是电磁波，而且可将光的波长范围大概在380nm到760nm之间，用光速除以它们，就是可见光频率的范围：3.9×10^14赫兹到7.9×10^14赫兹之间。这个10的14次方可是非常大的一个数字，相当于1的后面写上14个0。
赫兹在发现电磁波的过程中还有一个小发现，在当时虽然也引起过一些科学家的兴趣，但是远远不如电磁波的发现来得轰动。可能让他自己也没有想到，这个小发现竟然为光的粒子学说又铺平了道路。
这个小发现就是，如果用紫外线照射金属的话，金属会放电。后来又经过其他科学家的研究，发现是因为紫外光线照射到金属上之后，会让金属上的电子飞出去，就像是被小球撞了出来一样。而且还有一点很奇怪，就是只有紫外线有效，其他的光不行。即使这个光的亮度再强都不可以。可是如果换成了紫外线的话，即使光照再弱也是会有电子飞出去。
科学家们就困惑了，光线不是亮度越大携带的能量越多吗？能量越多就应该能撞出更多的电子才对啊，为什么最后只有紫外线可以，而且不管多弱的紫外线都可以。科学家们当时没有答案。
直到18年后有人站出来解答了这个问题，他就是爱因斯坦。他借鉴普朗克的观点，光会不会是一粒一粒发出来的呢？一粒一粒的光子，就像是一个一个的能量包，能量的大小是有可能不同的。所有光的光速都一样，所以决定光子能量的一定和速度无关。那光子的能量会不会和频率或是波长有关？如果是可见光的话，就是说不同颜色的光，它们的光子所携带的能量是不同的。
频率越高，波长越长，那么一个光子的能量就越大。这样就可以解释为什么只有紫外线可以把金属中的电子撞出来了。因为紫外线的频率非常大，单个光子就能携带很多能量，这样才有可能把电子撞得脱离开原子核的吸引。而其他光线呢，单个光子能量太小，根本撞不动电子。即使把光线的亮度调到非常亮。就比如非常晃眼的红光，它仍然是红光，频率没有变，也就是没有提高单个光子的能量。亮度高看起来很晃眼，其实只是增加了发射出来的光子数量。光子越多，我们感觉到越亮。
所以单个光子能量仍然不够，光子再多也没有办法让电子飞出来。就像是你用手去拍打墙壁，即使你拍打的速度再快，只要单次拍打的力度不够，还是不可能把墙拍穿的。可如果是换成机器人，力道非常的大，一次就可以把墙打穿。
这样看来，光应该是粒子的，那到底应该是粒子学说能胜利呢？还是波动学说可以胜利呢？爱因斯坦说啊，别争了，两种说法都有道理，要不然我们就认为说光既是波也是粒子好啦。他还专门起来一个名字叫做光的波粒二象性。
爱因斯坦就是这样随性。相对论的提出也是这样。虽然当时实验已经发现了光速是不变的。可是呢，当时所有的科学家都认为这不可能，要么去研究是不是实验做错了，要么就是去找找看是不是理解上有问题。可爱因斯坦呢？哎呀，实验都是这样了，我们还想什么，不论多怪异，多不可思议，我们不如先假设实验是对的。于是他就在这个假设下提出了伟大的相对论。
这一次也是这样，光是波还是粒子呢？不论多么不可思议，我们看到的事实就是这样，光既有波的性质，又有粒子的性质。我们不如认为光就是这么奇怪。爱因斯坦的伟大就是建立在他这样的想法之上的，把实验和实证的结论放在自己的想法和观念之前，让想法和观念去适应实验的结论而不是反过来。
当然，即使是爱因斯坦提出了光的波粒二象性，此时此刻仍然是一个假设，并不一定就是真的，还需要实验来证明。最后在10年之后，终于由美国科学家密立根用实验证明了爱因斯坦的假说，光果然既是波又是粒子。
左边是爱因斯坦，右边是密立根
这是一项科学家的伟大发现，不过对于我们普通人来说这可是一件麻烦事。不论是把光看做是波，还是看做是粒子，都会很好想象，可是这既是波又是粒子该如何想象呢？是把一个光子想象成一个小点，沿着波浪线前行呢？还是，把一个光子就想象成一个直行的小点，只是它的状态会在电和磁之间来回闪烁呢？或许我们永远也想象不出来，就像是我们永远也想象不出来4维空间的样子一样。
光子，是基本粒子，基本的粒子是没有大小的。可是，光又是横波，如果有一个小细缝挡在前面，光子震动方向和这个细缝方向不一样的话，他是会被挡在外面的。这样看来光子好像又是有宽度的。怎么可能又有宽度，又没有大小呢？
真的是太难以想象了，其实我们也不需要在这方面花费太多脑细胞。物理学的发展，越是到了现代就越抽象，越难以被我们大脑想象。我们人类的大脑的进化没有办法跟上科技的发展。还好，人类是可以利用数学的，用数学可以描述这一切。这也是为什么越是先进的科学，越需要数学来支持，因为它们已经超出了我们大脑可以想象的情况。
还是通过数学，再加上科学家们富有勇气的想象力。于是就有人想了，既然电磁波也是粒子，那么我们平时认为的粒子，有没有可能也是波呢？法国的贵族，也是一位优秀的科学家德布罗意，用数学发现了原来粒子也可以是波的，并把它叫做物质波。再后来，其他的科学家真的在实验中发现了，电子是具有波动性的。
当然这就是另外的故事了——量子物理的故事，有机会我们再详细讲这部分的内容。在10期的内容里面，我们把人类对光的了解做了系统的介绍。光学在粒子说和波动说的争论中发展，最后成为了一体。也正是我们对光的研究，在20世纪之初，发展出来了2个庞大的物理体系——相对论和量子物理。它们是整个现代物理学的基础，在未来很长一段时间，它们应该仍然是物理学的重心。现在相对论和量子物理很多地方还是不兼容的，等到下一次物理理论大发展，一定是相对论和量子物理的统一的时候。
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