2.2　1905年，愛因斯坦提出了光量子假設

1887年，赫茲發現紫外線照射到某種金屬板上，可以將金屬中的電子打出來（見圖2.5），這種光產生電的效應稱之為光電效應。

當人們用電磁波理論解釋光電效應時卻遇到了嚴重困難：

（1）按電磁波理論，只要光強足夠，任何頻率的光都能打出電子，可是實驗結果是再強的可見光也打不出電子，而很弱的紫外線就可以打出電子；

（2）按電磁波理論，10-3s后才能打出電子，可實驗結果是10-9s即可打出電子；

（3）按電磁波理論，被打出的電子的動能與光強有關而與頻率無關，可實驗結果卻是電子的能量與光強無關而與光的頻率成正比。

愛因斯坦受普朗克的能量量子化假設的啟發，提出了光量子假設。他認為，如果把一份份的能量量子看作粒子，光通過具有粒子性的能量量子進行傳播并與物質發生相互作用，則光電效應問題迎刃而解。

1905年，愛因斯坦發表了闡述這一觀點的論文《關于光的產生與轉化的一個試探性觀點》。他在論文中寫道：“在我看來，關于黑體輻射、光致發光、光電效應以及其他一些有關光的產生和轉化現象的實驗，如果用光的能量在空間不是連續分布的這種假設來解釋，似乎就更好理解。按照我的假設，從光源發射出來的光束的能量在傳播中不是連續分布在越來越大的空間之中，而是由個數有限的、局限在空間各點的能量量子所組成，這些能量量子能夠運動，但不能再分割，而只能整個地吸收或產生出來”。

愛因斯坦將這種光的能量粒子稱為光量子，后來人們改稱為光子。光子學說可以很好地解釋光電效應。因為每一個光子的能量都固定為hν，那么光照射到金屬表面，金屬所受到的打擊主要取決于單個光子的能量而不是光的強度，光的強度只決定光子流的密度而已。

打個比方來說，光子就是子彈，能否打穿鋼板只取決于子彈的動能，而與子彈的發射密度無關。如果是大口徑步槍，一顆子彈就能擊穿鋼板，如果是玩具手槍射出的塑料子彈，一百把手槍同時發射也打不穿鋼板。

在光電效應實驗中，紫外線就是大口徑步槍的子彈，可見光就是玩具槍的子彈，所以很弱的紫外線就可打出電子，而再強的可見光也打不出電子，因為可見光的強度高只不過意味著塑料子彈密集發射而已。因為光子能量是hν，所以被光子打出來的電子動能就與光的頻率ν成正比，而與光強無關。