Part. 1

在量子初生的那些日子里，物理學的境遇并沒有得到明顯改善。這個叛逆的小精靈被它的主人所拋棄，不得不在荒野中顛沛流離，積蓄力量以等待讓世界震驚的那一天。在這段長達四年多的慘淡歲月里，人們帶著一種鴕鳥心態來使用普朗克的公式，卻掩耳盜鈴般地不去追究那公式背后的意義。然而在他們的頭上，濃厚的烏云仍然驅之不散，反而越來越逼人，一場蕩滌世界的暴雨終究不可避免。

而預示這種巨變到來的，如同往常一樣，是一道劈開天地的閃電。在混沌中，電火花擦出了耀眼的亮光，代表了永恒不變的希望。光和電這兩種令神祇也敬畏的力量糾纏在一起，瞬間開辟出一整個新時代。

說到這里，我們還是要不厭其煩地回到第一章的開頭，再去看一眼赫茲那個意義非凡的實驗。正如我們已經提到過的那樣，赫茲接收器上電火花的爆躍，證實了電磁波的存在，但他同時也發現，一旦有光照射到那個缺口上，電火花便會出現得容易一些。

赫茲在論文里對這個現象進行了描述，但沒有深究其中的原因。在那個激動人心的偉大時代，要做的事情太多了，而且赫茲英年早逝，他也沒有閑暇來追究每一個遇到的問題。但是別人隨即在這個方面進行了深入的研究，不久事實就很清楚了。原來是這樣的：當光照射到金屬上的時候，會從它的表面打出電子來。原本束縛在金屬表面原子里的電子，不知是什么原因，暴露在一定光線之下的時候，便如同驚弓之鳥紛紛往外逃竄，就像見不得光線的吸血鬼家族。對于光與電之間存在的這種饒有趣味的現象，人們給它取了一個名字，叫作“光電效應”（Photoelectric Effect）。

很快，關于光電效應的一系列實驗就在各個實驗室被驗證。雖然在當時來說，這些實驗都是非常粗糙和原始的，但種種結果依然都表明了光和電現象之間的一些基本性質。人們不久便知道了兩個基本事實：首先，對于某種特定的金屬來說，光是否能夠從它的表面打擊出電子來，這只和光的頻率有關。頻率高的光線（比如紫外線）便能夠打出能量較高的電子，而頻率低的光（比如紅光、黃光）則一個電子也打不出來。其次，能否打擊出電子，和光的強度無關。再弱的紫外線也能夠打擊出金屬表面的電子，而再強的紅光也無法做到這一點。增加光線的強度，能夠做到的只是增加打擊出電子的數量。比如強烈的紫光相對微弱的紫光來說，可以從金屬表面打擊出更多的電子來。

總而言之，對于特定的金屬，能不能打出電子，由光的頻率說了算。而打出多少電子，則由光的強度說了算。

但科學家們很快就發現，他們陷入了一個巨大的困惑中。因為……這個現象沒有道理，它似乎不應該是這樣的啊。

我們都已經知道，光是一種波動。對于波動來說，波的強度便代表了它的能量。我們都很容易理解，電子是被某種能量束縛在金屬內部的，如果外部給予的能量不夠，便不足以將電子打擊出來。但是按理說，如果我們增加光波的強度，那便是增加它的能量啊，為什么對于紅光來說，再強烈的光線都無法打擊出哪怕是一個電子來呢？而頻率，頻率是什么東西呢？無非是波振動的頻繁程度而已。如果頻率高的話，便是說波振動得頻繁一點，那么按理說頻繁振動的光波應該打擊出更多數量的電子才對啊。然而所有的實驗都指向相反的方向：光的頻率，而不是強度，決定它能否從金屬表面打出電子來；光的強度，而不是頻率，則決定打出電子的數目。這不是開玩笑嗎？

想象一個獵人去打兔子，兔子都躲在地下的洞里，輕易不肯出來。獵人知道，對于狡猾的兔子來說，可能單單敲鑼打鼓不足以把它嚇出來，而一定要采用比如說水淹的手法才行。也就是說，采用何種手法決定了能否把兔子趕出來的問題。再假設本地有一千個兔子洞，那么獵人有多少助手，可以同時向多少洞穴行動這個因素便決定了能夠嚇出多少只兔子的問題。但是，在實際打獵中，這個獵人突然發現，一切都翻了個個兒，兔子出不出來不在于采用什么手法，而是有多少助手同時下手。如果只對一個兔子洞行動，哪怕天打五雷轟都沒有兔子出來。相反，有多少兔子被趕出來，這和我們的人數沒關系，而莫名其妙地，只和采用的手法有關系。哪怕我有一千個人同時對一千個兔子洞敲鑼打鼓，最多只有一個兔子跳出來。而只要十個人一起灌水，就會有一千只兔子四處亂竄。要是畫漫畫的話，這個獵人的頭上一定會冒出一顆很大的汗珠。

科學家們發現，在光電效應問題上，他們面臨著和獵人一樣的尷尬處境。麥克斯韋的電磁理論在光電上顯得一頭霧水，它不斷地揉著自己的眼睛，卻總是啼笑皆非地發現實驗結果和自己的預言正好相反。搞什么鬼，難道上帝無意中把兩封信裝錯了？

問題絕不僅僅是這些。種種跡象都表明，光的頻率和打出電子的能量之間有著密切的關系。每一種特定頻率的光線，它打出的電子的能量有一個對應的上限。打個比方，如果紫外光可以激發出能量達到20電子伏的電子來，換了紫光可能就最多只有10電子伏。這在波動看來，是非常不可思議的。而且，根據麥克斯韋理論，一個電子被擊出，如果是建立在能量吸收上的話，它應該是一個連續的過程，這能量可以累積。也就是說，如果用很弱的光線照射金屬的話，電子必須花一定的時間來吸收，才能達到足夠的能量從而跳出表面。這樣的話，在光照和電子飛出這兩者之間就應該存在一個時間差。但是，實驗表明，電子的躍出是瞬時的。光一照到金屬上，立即就會有電子飛出，哪怕再暗弱的光線，也是一樣，區別只是在于飛出電子的數量多少而已。

咄咄怪事。

對于可憐的物理學家們來說，萬事總是不遂他們的愿。好不容易有了一個基本上完美的理論，實驗卻總是要搞出一些怪事來攪亂人們的好夢。這個該死的光電效應正是一個令人喪氣和掃興的東西。高雅而尊貴的麥克斯韋理論在這個小泥塘前面大大地犯難，如何跨越過去而不弄臟自己那華麗的衣裳，著實是一件傷腦筋的事情。

然而，更加不幸的是，人們總是小看眼前的困難。有著潔癖的物理學家們還在苦思冥想著怎樣可以把光電現象融入麥克斯韋理論之中而不損害它的完美，他們卻不知道這件事情比他們想象的要嚴重得多。很快人們就會發現，這根本不是袍子干不干凈的問題，而是一個牽涉整個物理體系基礎的根本性困難。赫茲當年無意安排下的那個神秘的詛咒，現在已經從封印的瓶子里飛出，降臨到了麥克斯韋理論的頭上。不過在當時，對于物理學家們來說，麥克斯韋的方程組仍然像黃金刻出的《圣經》章句一樣，每個字母都顯得那樣神圣而不可侵犯。沒有最天才和最大膽的眼光，又怎能看出它已經末日臨頭？

可是，無巧不成書。科學史上最天才和最大膽的傳奇人物，恰恰生活在那個時代。

1905年，在瑞士的伯爾尼專利局，一位26歲的小公務員，三等技師職稱，留著亂蓬蓬頭發的年輕人，他的眼睛在光電效應的這個問題上停留了一下。這個人的名字叫作阿爾伯特·愛因斯坦。

于是在一瞬間，閃電劃破了夜空。

暴風雨終于要到來了。