在探索自然的奧秘時，關於光的本性一直是人類智慧的試金石。古希臘哲學家秉持著原始的辯證唯物論，他們堅信光是由無數微小的光之原子所組成，這一理念簡單卻飽含智慧。與之相對，古老的中國對於光的認識更顯哲學：古代的中國科學家將光想象為從氣中生發出的特殊氣態，這種氣有著自己獨特的內容。
在西方，對光的系統性探究始於著名的哲學家和數學家笛卡爾。他在1637年的【屈光學】中，不僅為折射現象提供了理論性解釋，還闡述了視覺異常的成因，並設計了光學矯正透鏡。笛卡爾的這部作品預示了波動說的誕生。
緊隨其後，在17世紀60年代，虎克，這位聲名顯赫的科學家，提出了正式的光波動理論，他認為光波在名為發光以太的媒介中作波動傳播。虎克進一步假設，光波在進入高密度媒介時會減緩速度，而這全因波動不受重力影響。虎克的理論進一步被惠更斯所豐富和發展。
到了17世紀末，惠更斯透過其卓越的研究，將波動理論推向了新的高度。他在1678年的法國科學院演講中徹底顛覆了牛頓關於光的微粒理論，並在1690年出版的【光論】中正式提出了波動說，為光學研究的進展鋪平了道路。
【光論】中最為關鍵的光學理論便是光波理論。惠更斯認為，波源發射出的每一個子波都可作為新的波源，每一個新生波源所發出的波面的包絡便是下一時刻的新波面。借助這一原理，惠更斯揭示了光的繞射、折射定律以及反射定律，並闡釋了光在高密度介質中傳播速度減慢的原因。
與此同時，牛頓卻對光的波動理論持有異議。他堅信光是由微粒組成的。在牛頓之前，皮埃爾·伽森荻這位法國數學家已提出所有物體均由大量硬質體子組成，這與牛頓的理念不謀而合。牛頓根據光的直線傳播、偏振現象，最終在1675年提出了自己的假設：光是由光源發出的一種物質微粒，在均勻介質中以恒定速度傳播。於是，微粒說誕生了。
兩大理論巨頭的較量引發了長達300年的激烈討論。隨著惠更斯和虎克的相繼離世，以及牛頓【光學】一書的問世，光的微粒理論似乎占據了上風。在這部著作中，牛頓將波動說的觀點融入粒子理論，並成功解釋了諸多光學現象，如眼睛的工作原理、光譜等。他還提出了波動說無法解釋的問題，並對惠更斯的【光論】進行了有力的反駁。
隨著牛頓的理論逐漸成為主流，很長一段時間內，關於光的解釋權似乎已被微粒理論壟斷。然而，著名科學家杜文·楊於1801年進行的幹涉實驗，給波動理論帶來了新的生命。楊註意到，在觀察牛頓環的明暗條紋時，條紋的出現似乎能用波動理論輕易解釋：亮條紋是因兩束光波同向傳播，波峰與波谷相疊加，增強了亮度；而暗條紋則是由於兩束光波反向傳播，波峰與波谷相互抵消，亮度自然降低。
透過雙縫幹涉實驗，楊驗證了波動理論的正確性，這一現象被稱為「楊氏雙縫幹涉」。楊的實驗成為了波動理論的有力支持，他首次提出了「幹涉」這一術語，並證明了頻率相同的光波透過兩個平行且距離極小的縫隙時會發生幹涉現象，形成明暗相間的圖案。
楊的實驗成果給科學界帶來了深遠的影響，後續的菲涅爾、傅科、核磁等實驗也紛紛證實了光波動理論的正確性。歐拉也是波動說的擁躉之一，他在【光和色彩的新理論】中闡述了波動理論能夠更輕松地解釋繞射現象的觀點。可以說，自牛頓以來的300年間，關於光的性質是波還是粒子的討論從未停息，兩大理論各自擁有眾多支持者，輪流主導了對光的解釋。
19世紀末至20世紀初，隨著物理學研究的深入微觀領域，這場討論也轉為了粒子層面。海森堡提出電子是量子化的，如同粒子般在不同軌域躍遷。而薛定諤則認為電子具有波動性質，如同雲霧一般（電子雲一詞的由來），若放大觀察，則像是空間中擴散的無數波動疊加。愛因斯坦憑借光電效應實驗獲得諾貝爾獎，這一實驗初步提出了波粒二象性的概念。
愛因斯坦透過實驗得出，當降低光的強度至每次只有一個光子進入實驗裝置時，一個奇妙的現象出現。1905年，他明確提出單個光子是粒子，並以此解釋了光電效應，獲得了諾貝爾獎。愛因斯坦的光量子理論使得楊的實驗結果也不再有誤，人們開始意識到光波可能同時擁有波動和粒子的雙重性質。
真正將波粒二象性理論化的是德布羅意。他於1920年重新開始理論物理的研究，特別是關於量子問題的探究。在1923年9月和10月，德布羅意在【法國科學院院導報】上發表了三篇有關波和量子的短篇論文，這些論文初步揭示了他的物質波思想。最終，在1924年的博士論文【量子理論的研究】中，德布羅意正式提出了相位波，即物質波的概念，論文中運用了兩個著名的公式：E=hv和E=mc平方。這兩公式是愛因斯坦最著名的發現，前者描述了光子的能量，後者則代表了質素和能量的等價關系。德布羅意結合這兩個公式，提出一個假設：光量子的靜止質素並不為零，而電子等實物粒子則擁有周期性的頻率過程。
在這篇論文中，德布羅意提出了一個震撼性的結論：任何實物微粒都伴隨一種波動。他將這種波稱之為相位波，並首次正式提出了「波粒二象性」。德布羅意指出，波粒二象性不僅僅適用於光子，所有微觀粒子，包括電子和質子、中子等，都具有波粒二象性。他將光子動量與波長的關系式p=h/λ推廣至所有微觀粒子，並提出具有質素m和速度v的運動粒子同樣具有波動性，其波長等於普朗克常量h除以粒子動量mv。這個關系式後來被稱為德布羅意公式。基於這一假說，電子等微觀粒子同樣會表現出幹涉和繞射等波動現象。
德布羅意的理論揭示了每一種微觀粒子都具有波粒二象性。1921年，戴維森和助手康斯曼在一次實驗中偶然發現了電子的繞射現象。他們最初試圖用原子核對電子的靜電作用力解釋這一現象，但後來意識到這可能是德布羅意物質波假說的實驗證據。回到美國後，戴維森重新進行了電子繞射實驗，於1927年發表了實驗結果。這個實驗正是德布羅意在答辯其博士論文時所提出的「電子的繞射實驗」。同時，P.G.湯姆遜也透過高速電子穿過多晶金屬箔得到了類似X射線繞射的花紋，證實了電子的波動性。兩人於1937年共同獲得了諾貝爾獎。
隨後，其他粒子的繞射實驗也相繼被證實，德布羅意的理論變得無懈可擊。對德布羅意物質波的研究進入21世紀也沒有停止。2015年，瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家們成功拍攝出光同時表現波粒二象性的照片。
波粒二象性不僅是量子理論建立和發展中的基本思想，也是微觀粒子的固有內容。這場持續數個世紀的論戰最終沒有輸家，因為他們捍衛的學說都部份正確。光的本性之謎終於被解開，而人類對於自然奧秘的探索仍將繼續。
