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2.2 解光電效應(yīng),一鳴便驚人

厚積薄發(fā),一鳴驚人!愛因斯坦在他的奇跡年——1905年,終于突然迸發(fā)出天才偉人的耀眼光輝。那一年,他接連發(fā)表了4篇論文,篇篇逆天,篇篇驚人,篇篇偉大,篇篇都是里程碑。

一解光電之效應(yīng),開繼量子天地;

二算布朗的運動,發(fā)展隨機統(tǒng)計;

三建狹義相對論,時空合為一體;

四立質(zhì)能間關(guān)系,揭示深層原理。

下面說說與量子論有關(guān)的光電效應(yīng)。1887年,德國物理學(xué)家海因里希·赫茲發(fā)現(xiàn),紫外線照到金屬電極上,會產(chǎn)生電火花,后人稱之為光電效應(yīng)。

根據(jù)當時被物理學(xué)界接受的“光的電磁波理論”,光是連續(xù)的電磁波。因此,光電效應(yīng)中產(chǎn)生的光電子的能量,應(yīng)該與光波的強度有關(guān)。但是,在1902年,菲利普·萊納德做了一個非常重要的實驗。他首先利用真空管里的光,在某種材料表面打出光電子,然后用一個非常簡單的電路來測量光電子的能量。從實驗結(jié)果,他驚奇地發(fā)現(xiàn)光電子的能量和光的強度毫無關(guān)系,只與頻率有關(guān)。

也就是說,與普朗克當初研究的黑體輻射問題有些類似,光電效應(yīng)的實驗結(jié)果令物理學(xué)家們困惑。

不過,很快地,1905年6月,愛因斯坦發(fā)表了他的重磅論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟示性的觀點》,成功地解釋了光電效應(yīng)[2](圖2-1)。

圖2-1 愛因斯坦(1905年)及其光電效應(yīng)方程

愛因斯坦在這篇論文中,做了一個與普朗克解決黑體問題時類似的假定:假設(shè)電磁場能量本身就是量子化的,頻率為ν的電磁場的能量的最小單位是。這兒的h,就是普朗克解決黑體輻射問題時使用的普朗克常數(shù),愛因斯坦將這種一份一份的電磁能量稱為“光量子”,也就是后來被人們所說的“光子”。

利用愛因斯坦的光量子能量關(guān)系式,就很容易正確地解釋萊納德發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)規(guī)律了。在同一年,愛因斯坦又接連發(fā)表了他的另外3篇論文,包括一篇狹義相對論的。

同為德國人的普朗克,當然注意到了這位物理界的年輕明星。不過,當時的普朗克仍然為自己釋放的量子妖精而耿耿于懷,他還在努力,試圖把量子化假設(shè)回歸于經(jīng)典物理的框架中。所以,他最為推崇的是愛因斯坦的狹義相對論,而不是光電效應(yīng)解釋。

并且,普朗克自己也對狹義相對論的完成做出了重要的貢獻。由于普朗克當時在物理界的影響力,相對論很快在德國得到認可。同時,普朗克也積極熱心地向各個大學(xué)和研究所推薦愛因斯坦,以幫助他得到一份教職。他將愛因斯坦稱為“20世紀的哥白尼”。

對愛因斯坦的光量子假說,普朗克則持那么一點點反對態(tài)度,因為他并不準備放棄麥克斯韋的電動力學(xué),他頑固地堅信光是連續(xù)的波動,不是一顆一顆的粒子。普朗克如此駁斥愛因斯坦:

“君之光量子一說,使物理學(xué)理論倒退了非數(shù)十年,而是數(shù)百年矣!惠更斯早已提出光為連續(xù)波動而非牛頓所言之微粒也!”

愛因斯坦的經(jīng)歷,也許能給我們一點啟迪:何謂天賦?需要謹慎定義之。表面看起來不言不語、發(fā)育遲緩的“笨”孩子,沒準兒是個隱藏的天才哦!可謂“大音稀聲,大象無形”也。況且,人生一世成功與否,在于“六分努力,三分天賦,一分還靠貴人來相助”。

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