Physics 版 (精华区)

发信人: Rg (RedGardenia), 信区: Physics
标  题: §19光    子
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月23日08:00:36 星期五), 站内信件


               §19光    子

    爱因斯坦从一个不同角度来考查光电效应。他尝试描绘
光线将电子从金属中轰出的真实过程。
    在正常的条件下并没有电子云缭绕在金属表面的上空。
这意味着电子是被某种力量拴在金属之中的。因此要把它们
从金属中轰击出来需要一小点能量。  在斯托列托夫的实验
中，这一能量是由光波给与的。
    但光波具有一定的波长，它的数量级为十分之一微米，而
其能量则好似集中在一个电子所具有的微小体积之内。这意
味着在光电效应中，光波表现出一个微小"粒子"的品性。它
轰击电子并使之从金属中释放出来。
    这显然就是一个光粒子；用牛顿的话来说就是微粒，因为
牛顿不把光当成波而当成粒子流。可是那样一个粒子该有多
大的能量呢?计算表明这个能量是很小的。因此，为什么不
能假设这个能量恰好等于五年前普朗克想象出来的那个量子
的能量呢?
    因此爱因斯坦宣称：光无非是一束能量子流，而同一波
长的所有量子是完全一样的，也就是说它们携带着相等的一
份能量。以后，这些光量子又被取名为光子。
    到此解释已经是很圆满的了。携带一小份能量的光予以
足够的力量敲击一个电子，并使它从金属中脱出。
    另一方面，如果光子能量不足以克服金属对电子的束缚，
则电子不会被敲出，因而也就不会出现电流。根据普朗克公
式，量子的能量是由它的频率来决定的，而光的波长越长，其
频率也就越低。因此显然光电效应具有确定的极限。也就是
说，如果光的波长太长，光子就不会具有足够的能量将电子从
金属中释放出来。
    此外，光线的强弱是没有关系的，也就是说，不管是一个
个光子还是两个光子在照射金属并轰击它的电子，后者是不
予理睬的。但如果光子具有足够的能量，则情况就要发生变
化。在这种情况下，光线越亮，每秒钟进入金属的光子也就越
多，因而被抛出的电子数目也就越大，相应而产生的电流也就
越强。
    这样光电效应终于找到了解释。可是和普朗克的假说一
样，它动摇了经典物理学的基础。在经典物理学中，光被认为
是一种电磁波，因而在任何场合下它也不可能是这种独出心
裁的光子。爱因斯坦的理论又重新掀起了历时两个世纪之久
的关于光的本质的争论。

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