1905年三月，爱因斯坦完成一篇影响深远的论文，题目是〈关于光之产生与转化的启发性观点〉。其中「启发性」这个词非常耐人寻味，代表作者对自己的观点或多或少有所保留。

看到这里，如果你觉得一头雾水，那是因为「启发性」只能算勉强及格的翻译。这个词衍生自希腊文的「找」，本意比较接近「有助于找出正确答案的」；它显然和阿基米德当年大喊的「我找到啦」有亲戚关系，在此就不多加考据了。

由此可知，「启发性观点」这个说法类似中文的「初探」，万一作者遭到质疑或反对，它能发挥一点挡箭牌的作用。至于爱氏究竟在担心什么，答案很简单，他担心科学界无法接受这篇论文的中心思想，亦即「光子」这个概念。

熟悉爱氏生平的人应该都知道，他一生鲜有如此小心翼翼的时候。不过由于前因后果牵涉太广，我们还是从头说起吧。

●长久的争议

在科学史上，光的本质是个充满争议的难题，数百年来一直有两个针锋相对的观点：微粒说与波动说。

微粒说最有名的支持者是英国物理大师牛顿，他在1675年发表〈解释光的若干性质之假设〉一文，巧妙地利用微粒说解释光的反射与折射(后者其实是错误解释，但当时的实验技术测不出来)。不过牛顿绝非微粒说的创始人，早在公元十一世纪，伊斯兰学者海什木就提出了「光由众多微粒组成，速度虽快却有限」之类的说法。

在牛顿之后的两百多年间，微粒说几乎没有什么进展。另一方面，波动说虽然起步较晚，但由于人才辈出，逐渐有了后来居上的趋势。

有人认为十三世纪的英国学者培根提出过原始的波动说，这种说法多少有点牵强附会。不过，若说笛卡尔是波动说的始祖，反对的声音应该就比较小。笛卡尔基于哲学信念，坚信空间中充斥着「以太」这种神秘物质，而光就是以太彼此推动所产生的效应。这个大约发展于1630年的理论带有浓厚哲学色彩，但仍勉强可以算是光学史上第一个波动说。

笛卡尔认为「以太」类似无数紧密相连的球体，任何一个球受到扰动，立刻会将作用力传到其他各球，他认为这就是光的传递机制。

三十多年后，一位英国科学家隔海唱和笛卡尔的理论，他不是别人，正是牛顿后来的死对头胡克。公元1665年，胡克提出自己的波动说，同样认为以太是光的介质，不同的则是他将光解释为以太的振动，换言之就是以太波(正如涟漪等于水波)。

而在英伦海峡彼岸，波动说也有一位强有力的倡导者──笛卡尔的门生惠更斯(C. Huygens, 1629-1695)。惠更斯于1678年在胡克的基础上更上一层楼，并于1690年正式出版专书。他的理论对后世有深远的影响，直到如今，中学生仍会在课本中读到所谓的「惠更斯原理」。

「惠更斯原理」大意是说波的传递机制可视为「前一刻的波前」等于「下一刻的(无数)波源」，上图即为以本原理解释平面波与球面波的行进。

讲到这里，让我们做个简单的整理：十七世纪末的欧洲，微粒说与波动说两大理论并行，各有各的理论基础和实验证据，双方因此相持不下。

这种情形维持了一个世纪，公元1803年，波动说阵营出现了生力军，即所谓的双狭缝干涉实验(亦称杨氏干涉实验)。由于「干涉」是波动特有的性质，波动说因此士气大振，相较之下，微粒说长久未曾注入新血，自然逐渐走下坡了。

到了十九世纪后半，马克士威提出电磁波理论，将光波视为电磁波的一种，波动说的威望更是如日中天，微粒说则几乎成了历史陈迹。

现在大家应该明白，爱氏提出光子的概念，无异于复兴微粒说，自然承受了庞大的压力。后来果然不出所料，反对的声音此起彼落，支持者则趋近于零。

●迟来的铁证

事实上，爱氏的论文不但说理清楚，而且证据充分，即使根据今日的标准，其内容也无可挑剔。例如其中对光电效应的论述，至今仍是教科书中的标准教材。可惜的是，由于电磁波理论深入人心，物理学界对光子抱持过度严苛的态度，当年相信爱氏的人寥寥无几。

直到将近二十年后，光子说的铁证才终于问世，那就是所谓的「康普顿效应」。

康普顿(A. Compton, 1892-1962)是美国实验物理学家，公元1922年，他尝试用X射线撞击电子，结果发现X射线的频率会因而降低。这是波动说完全无法解释的现象，例如一束黄光撞来撞去，最后绝不可能撞成红光。

另一方面，微粒说非常容易解释这个现象。根据光子理论，光子的能量正比于它所对应的频率。若将X射线视为一大群光子，那么在撞击过程中，光子的一部分能量转移给电子，本身的能量因而减少，对应的频率自然就降低了。

●后续的难题

康普顿将实验结果公诸于世后，物理学界才逐渐接受光子的概念。然而，这并不代表争议到此结束，就某个角度而言，问题反倒变得更严重。

在当时物理学家心目中，波动与微粒是水火不容的两种物理实体。光子的真实性无异于否定了电磁波的存在，可是后者明明拥有众多的实验证据。换言之，现代版的波动说(电磁波)和微粒说(光子)虽然各有各的扎实基础，彼此却似乎互相矛盾！

几年后，随着量子物理逐渐发展成熟，丹麦物理学家波尔(N. Bohr, 1885-1962)于1927年提出「互补原理」，才终于化解这个势同水火的矛盾。

互补原理本身虽然深奥，幸好不难找到简单的类比，请参考下图。这是心理学家用来示范「视错觉」的工具，图中似乎有个花瓶，又似乎有两张人脸，不过彼此刚好「互补」，因此你无法同时看到两者。当你看到花瓶时，就一定看不到人脸，反之亦然。

(所以说，这张图的内容到底是花瓶还是人脸？或者以上皆是？或者以上皆非？请大家不妨静下心来想想。)

借着这个类比，就不难了解互补原理如何解释光的本质。光的波动性与微粒性刚好互补，因此科学家不可能同时观测到两者。当他们观测到(服从马克士威方程组的)波动性时，就观测不到微粒性，反之亦然。

此外，我们也可以用「一体两面」这个成语来做比喻。任何人都有一体两面，亦即前面和背面，当我们看到一个人的前胸，当然就看不到他的后背，反之亦然。然而人是一个整体，前面和背面都只是片面而已，如果我们将某人的「前面」和他这个人画上等号，那就是标准的以偏概全──正如无论电磁波或光子，都不能完整代表光的本质。

总而言之，不管是多么原始或多么先进的波动说或微粒说，其实都无异于盲人摸象。唯有根据互补原理，将光视为「波与微粒的混合体」，才算是见到这只大象的全貌。

因此，今后如果有人问你光到底是什么，你不妨义正词严地回答：「光既是波动性，又有微粒；既不是波动，又不是微粒。」然后赶紧再强调一下，你绝不是故弄玄虚，而是量子世界的本质正是如此。