René Descartes vysvětloval světlo jako jakýsi pohyb ve velmi jemné hmotě – éteru. Ten by měl vypňovat póry jiných těles a snadno vnikat do tuhých průsvitných těles (lépe než do vzduchu). Na Descartovy představy navázal Robert Hooke, podle něhož je světlo vlněním éteru, které se ze zdroje šíří jako kulové vlny (světelné paprsky jsou kolmé na vlnoplochy). V roce 1678 přišel Christian Huygens s vlnovou teorií světla, v níž předpokládal, že se světlo šíří v mimořádně pružném prostředí zavedeném Descartesem - éterem. Svou teorií dokázal vysvětlit řadu optických jevů, výjimkou byla polarizace, interference a barvy.
Isaac Newton.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.
Prvním kritikem vlnové teorie světla byl Isaac Newton. Mezi jeho hlavní argumenty proti vlnové teorii světla byla nutnost existence speciálního prostředí (éteru) a neschopnost teorie objasnit přímočaré šíření světla a výše uvedené jevy. Newton si jako první všiml periodičnosti světelných jevů, když vytvořil tzv. Newtonova skla. Zjistil, že barevné obrazce na tenké vrstvě jsou určeny její tloušťkou. Zkonstruoval zařízení, v němž se tloušťka měnila podle jednoduchého geometrického zákona, a objevil při tom závislost barvy na změně tloušťky. Stanovil, že pro každou barvu spektra existuje určitá délka, o niž se změní tloušťka vzduchového klínu, když se jeden proužek nahradí jiným téže barvy. A po té určil tuto délku pro všechny základní barvy od červené po fialovou. Newton se během všech svých úvah vyhýbal zcela jednoznačnému vyjádření ve prospěch korpuskulární či vlnové koncepce. Bezvýhradný příklon k částicovému pojetí mu byl připsán až jeho pozdějšími vykladači.
Hlavními zastánci Newtonovy teorie byli Jean Biot, Étienne–Louis Malus, David Brewster apod. První, kdo se postavil proti Newtonově teorii byl ve čtyřicátých letech 18. století Leonhard Euler. Kritizoval Newtonovu teorii barev a doplnil ji vysvětlením z hlediska vlnové teorie, zavedl pojem vlnové délky a její závislosti na barvě světla, frekvenci jako konstantní veličinu pro určitou barvu. Teprve začátkem 19. století byl objeven ohyb světla a Newtonova teorie se dostala do slepé uličky. Nedokázala ohyb vysvětlit.
Vlnovou teorii světla znovu objevil Thomas Young při experimentech s interferencí světla, pomocí ní vysvětlil funkci Newtonových skel. Z naměřené šířky proužků jako první určil vlnovou délku světel různých spektrálních barev. Jedinou slabinou vlnové teorie světla byla stále její neschopnost vysvětlit polarizaci světla při odrazu. Nezávisle na Youngovi formuloval princip interference i Augustin Fresnel. Vlnovou teorii světla se pokusil vysvětlit ohyb světla a polarizaci. Interpretoval světlo jako příčné kmity částic pružného prostředí (dosud se v analogii se zvukem uvažovaly kmity podélné) a pomocí této myšlenky pak vysvětlil dosud známé optické jevy. S jeho vysvětlením ale přišel jeden velký problém s éterem. V souladu s ní by éter musel být natolik jemný, aby nekladl odpor pohybu látkových těles, musel by vykazovat velkou tuhost vůči smykovým deformacím, ale současně by nesměl klást žádný odpor stlačování a rozpínání. A tak i přes úspěchy Fresnelovy teorie, bránily podivné vlastnosti éteru, aby teorie byla přijata. Až v polovině devatenáctého století Leon Foucault zjistil, že rychlost světla ve vodě je menší než ve vzduchu. To přispělo k přijetí vlnové teorie a zavrhnutí částicové teorie.
James Clerk Maxwell.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.
I když Fresnelova teorie vysvětlovala řadu jevů, bylo nutné přesně zodpovědět, jaké vlastnosti musí mít éter, aby dovolil existenci jen příčných kmitů a ne podélných. Při rozpracování konkrétních mechanických modelů procesů v éteru pak James Clerk Maxwell položil v roce 1862 základy své elektromagnetické teorie. Zjistil, že elektromagnetické rozruchy i světlo mají stejný původ a není mezi nimi zásadní rozdíl. Maxwellovu teorii později experimentálně potvrdil Heinrich Hertz.
Zatímco šíření elektromagnetického vlnění popisovala Maxwellova teorie dobře, při emisi a absorpci už tak úspěšná nebyla. V roce 1900 přišel Max Planck s teorií záření černého tělesa a kvantovou teorií světla. V současné době se světlu přiřazují vlastnosti vln i částic. Za určitých podmínek se světlo chová jako částice, za jiných jako vlny. Tento jev se označuje jako tzv. dualismus světla. Albert Einstein Planckovu myšlenku rozšířil i na elektromagnetické záření: Elektromagnetické záření je vyzařováno nebo pohlcováno jen po kvantech, z nichž každé má energii E. Toto světelné kvantum se nazývá foton. Vzhledem k malé hodnotě Planckovy konstanty je i energie kvanta velmi malá. Např. pro záření o vlnové délce 500 nm je to 3,3 · 10–40 J. Proto takových kvant je velmi mnoho a nám se zdá vyzařování energie jako spojité.
Podle Plancka a Einsteina považujeme elektromagnetické záření za proud fotonů, které jsou vyzařovány a šíří se prostorem přímočaře bez zprostředkujícího prostředí. Avšak u elektromagnetických vln, např. rozhlasových je frekvence vlnění relativně malá, a tedy i kvantum záření hf vysílané zdrojem do prostoru je mizivě malé. Za takových podmínek je ovšem velmi obtížné postihnout nespojitý ráz vysílaného záření. Jinak je tomu např. u záření rentgenového, které má velmi malou vlnovou délku, ale velmi vysokou frekvenci, takže kvantum energie hf rentgenového záření je relativně velmi velké, a proto i kvantové působení je výrazné. Korpuskulární povaha se výrazněji projevuje u krátkovlnného záření s velkou frekvencí, kdežto vlnová povaha se výrazněji projevuje u dlouhovlnného záření, tj. s malou frekvencí. Avšak ani vlnová, ani korpuskulární představa sama o sobě nedává úplný obraz o povaze světla. Jen obě hlediska dohromady umožňují objasnění všech světelných jevů. Spor o podstatu světla tak vlastně skončil smírem obou teorií – vlnové i korpuskulární. Světlo i jiná záření kratších a delších vlnových délek se v některých případech (interference, ohyb, polarizace aj.) chovají jako vlnění a v jiných (fotoelektrický jev, Comptonův jev) zase jako proud částic – fotonů.
Podobně jako u elektromagnetického záření, existují i u částic látky experimentální důkazy pro to, že částice má jak korpuskulární, tak vlnový ráz. Dualismus světla vedl v roce 1924 Louise de Broglieho k hypotéze, že dualismus není jen zvláštností optických jevů, ale že má všeobecnou platnost.
