- 宇宙通識課:從愛因斯坦到霍金
- 趙崢
- 1394字
- 2023-08-23 12:16:40
光不僅是波,而且是粒子
到了1905年的時候,德國的《物理年鑒》(又稱為《物理學雜志》,德國最重要的物理雜志之一)的編輯收到了一篇論文。這篇論文的作者是一個當時名不見經傳的人物——愛因斯坦。這個人認為,普朗克說的能量的量子,不是離開了諧振子以后就變成連續的了,而是離開了輻射源以后,依然是保持一份一份的,這就是我們后來所說的愛因斯坦的光量子理論。量子不僅在諧振子輻射和吸收它的時候是一份一份的,它在傳播過程當中也是一份一份的。利用這樣的觀點,愛因斯坦解釋了光電效應。《物理年鑒》的編輯請普朗克看一看這篇文章。當時德國還沒有完備的審稿制度,稿子來了,如果編輯覺得沒問題就發了;如果覺得有點懷疑,就交給一位著名的專家去看一下,如果專家認為行就發,不行就算了,大概程序是這樣。普朗克看了這篇文章以后,覺得此文觀點好像不對,能量怎么會一直是一個一個的粒子,量子怎么會一直保持這種分離的狀態呢?
但是愛因斯坦的這篇文章能解釋光電效應。物理學是一門實驗的科學、測量的科學:你的理論再漂亮不能解釋實驗,大家不能接受;你的理論雖然大家看著很別扭,但是能夠解釋實驗,那還是可以勉強接受的。普朗克發揚了大家風范,把自己認為不對的這篇文章同意發表了。在同意發表的同時他給愛因斯坦寫了一封信,向愛因斯坦“教授”請教這個問題到底是怎么回事。愛因斯坦當時根本不是教授,他在專利局工作,是一個普通職員。愛因斯坦收到這封信的時候,打開一看是普朗克的信,他都不敢相信,這位著名的物理學家會給他這個普通人回一封信。他想肯定是他那幾個朋友拿他開玩笑,冒充普朗克給他寫了一封信。當時他的夫人正在洗衣服,她一把拿過那封信,一看,說這個郵戳是柏林的,而他們當時在瑞士,他那幾個朋友不可能跑到柏林去發這封信。
愛因斯坦再仔細一看,信真是普朗克寫的,他就回信跟普朗克解釋了一下。普朗克還派他的助手勞厄來拜訪愛因斯坦,討論這個問題。普朗克在愛因斯坦后來的幾篇文章的發表上,也都起了很大的作用。但是普朗克長時間對愛因斯坦的光量子理論是持保留態度的。他在給維恩的信里說,他雖然同意愛因斯坦的文章發表,但他認為,愛因斯坦的光量子觀點肯定是不對的。這種情況一直延續到愛因斯坦提出狹義相對論之后。他和能斯特一起,推薦愛因斯坦成為普魯士科學院的院士并擔任德國威廉皇家物理研究所所長兼柏林大學教授的時候,寫了好多贊揚愛因斯坦的話,但最后還說了一句:“當然,對于一個年輕人我們也不應該苛求,我們也應該想到他有時候可能會犯錯誤,比如他的光量子理論。不過他的這一點錯誤不能掩蓋他在物理學上那么多重大的成就,所以我們還是要推薦他……”很有意思的是,過了幾年,諾貝爾獎委員會給愛因斯坦頒獎的時候,特別指出獲獎原因是他對光電效應的解釋和在物理學其他方面的成就,而沒提到相對論。而且在他獲獎的通知上,諾貝爾獎委員會的秘書還特別提到,這次頒獎沒有涉及他的相對論和引力論方面的工作。這個含義可能是雙重的:一方面是委員會并沒有說愛因斯坦的相對論一定是對的;另一方面的意思是,這個獎主要是因為愛因斯坦解釋光電效應和提出光量子理論的成就而給的。他的狹義與廣義相對論還有可能再得諾貝爾獎。但是諾貝爾獎委員會不大愿意給同一個人頒兩次獎,所以愛因斯坦沒有因為相對論獲得諾貝爾獎——這不是一個大笑話嘛!可見諾貝爾獎這個事情,大家也不要看得很重,因為就連愛因斯坦最重要的兩個成就都沒有獲得諾貝爾獎。