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네덜란드의 과학자 호이헨스는 빛의 파동론을 주장했다. 그는 광학에서 진공 또는 투명한 매질 내에서 빛의 파면의 모든 점들은 그들의 속도에 관계하는 비로 모든 방향으로 퍼져 나가는 파형(波形)의 새로운 파원으로 생각될 수 있다는 호이헨스의 원리를 이용하여 빛이 공기 중에서보다 물속에서 더 느리게 진행한다고 가정하여 반사와 굴절현상을 설명했다. 뉴턴은 자신이 오랫동안 연구해온 얇은 막에서 생기는 색깔이 파동설에 의하여 설명되었기 때문에 빛의 파동설의 타당성을 알고 있었지만 빛의 직진성 때문에 파동설을 부인했다.

1801년 영국의 과학자 토머스 영은 이중 슬릿 실험을 통해 빛의 파동설을 부활시켰으며, 간섭의 개념을 처음으로 제안했다. 그러나 이러한 업적은 10년 이상 인정받지 못했으며, 1819년 프랑스의 물리학자 A. 프레넬이 빛의 간섭과 회절현상을 설명할 수 있는 빛의 파동이론을 발표하면서 파동론이 우세하게 되었다. 1860년 J.C.맥스웰 은 전자기학의 수학적 이론을 발표하여 빛은 전자기파라고 제안했으며 이것은 독일의 물리학자 하인리히 루돌프 헤르츠 의 실험으로 입증되었다.

19세기말에서 20세기초에 발견된 광전효과 등의 여러 가지 현상들은 빛의 입자설과 파동설 중 어느 것으로도 설명될 수 없었다. 1905년 알베르트 아인슈타인은 광파의 에너지는 광자 라고 하는 작은 덩어리로 양자화되어 있다는 광양자설을 제안하여 광전효과를 설명했다. 1923년 발견된 콤프턴 효과 는 광양자설을 뒷받침해주었으며, C.J. 데이비슨 과 L.저머의 실험과 G.P. 톰슨의 실험 등에 의해 빛은 입자와 파동의 성질을 모두 갖고 있다는 것을 알았다. 이같은 성질을 빛의 이중성이라 한다.