19世纪末，经典物理的大厦已经建成。汤姆逊在新年祝词中讲到，经典物理中只剩下“两朵黑云”，其中一朵与光学紧密相关，即波动理论的困惑。用波动理论计算黑体辐射会无限大的增强—瑞利金斯曲线，与实际测量不符，即紫外灾难。为了解释这个难题，数学家普朗克从物质的分子结构中借用不连续的概念，提出了量子论。他认为光的能量是一份一份的，并不是连续的，这可以很好地解释紫外灾难。

爱因斯坦提出光量子学说，用光电效应证明了光的粒子性，并获得诺贝尔物理学奖。这标志着光科学的研究进入了量子光学时期。而另一个促进量子力学诞生的重要研究是对“太阳黑线”的研究。应用光谱仪测量阳光照射的谱线中总是有几条稳定存在的谱线，起初人们无法判定黑色谱线的来源，后确定为太阳光到达地球的过程中吸收了大气中的某些元素，于是在太阳光谱中就没有这些频率的光波，形成了暗线。但吸收线为单线，为了解释此现象，波尔提出了原子构造学说，认为原子由原子核和核外电子组成，电子存在不同的能级，吸收光子后电子从下能级跃迁至上能级将光子能量吸收，由此提出了原子结构和能量不连续性，解释了太阳黑线现象，量子力学由此诞生。我们可以看到，光学在量子力学的建立过程中做出了重要的贡献。光子概念的提出、光电效应的发现、紫外灾难的解释、光谱暗线的解释，以及能级的概念提出等，这些研究奠定了当代量子物理学的框架，而量子物理学的发展又促进了光学的巨大发展。

作者：杨宏、李洪云、龚旗煌 来源：现代物理知识杂志