433『大鵬一日同風起，扶搖直上九萬里』 愛因斯坦和康普頓（一）

大鵬一日同風起，扶搖直上九萬里。假令風歇時下來，猶能簸卻滄溟水。

時人見我恆殊調，聞余大言皆冷笑。宣父猶能畏後生，丈夫未可輕年少。

                                                    ——李白

量子之境 十日談 第四日

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年輕的愛因斯坦對「熱輻射定律」的思考：愛因斯坦在瑞士蘇黎世聯邦理工學院寫博士論文期間（1900年之前），對原子振動與普朗克公式所表現的量子運動，二者的聯繫，產生了濃厚的興趣，愛因斯坦想：既然原子的運動與量子的熱輻射有相似性，那麼，熱輻射中的量子會不會，在實體上，也具有原子性呢? 

光的能量會不會也象原子那樣成為一個「光粒子」呢?光是否是一系列濃縮的「波包」，而且每個「波包」的能量，等於普朗克量子 hf 的能量？ (  『hf 』 即，普朗克常數 h 乘以 光的頻率 f  )愛因斯坦繼續想當電子發光時，即是產生了「光包」，當光被吸收時，「光包」即消失了？為了證明這些想法，愛因斯坦『光電效應』實驗作為研究的對象。

【說明】愛因斯坦在1900年8月畢業於瑞士蘇黎世大學，當時年僅21歲，１９０５年３月提出光量子假說，解決了光電效應問題。４月向蘇黎世大學提出論文《分子大小的新測定法》，取得博士學位（當時26歲）。愛因斯坦於1905年在《物理年鑒》發表了四篇具有劃時代意義的論文。這一年被稱為「愛因斯坦奇迹年」。後來已經是43歲時愛因斯坦才因發現光電效應原理而榮獲1921年諾貝爾物理學獎。

2、 「光電效應」的產兒 — 奇妙的「光量子」

（1）發現過程當一束光照在一塊金屬表面時，在一定條件下，金屬的表面就會有電子逸出，就是說，出現了「光生電」現象。光電效應就是由光產生電的效應。『光電效應』原是德國的赫茲在一個論證電磁波存在的實驗中被偶然發現的。

赫茲 Heinrich Hertz（ l857—1894） 1887年，

赫茲在證明電磁波存在的火花實驗時發現：當有紫光照射時，電火花便出現得容易些。赫茲在論文里只是對這個現象進行了描述，並沒有深究其中的原因。 赫茲去世后，他的助手勒納德（Philipp Lenard）對光電現象繼續研究，在進行了系統實驗后，證明在金屬表面，電子會因某種光照而逃逸出來，並將此命名為「光電效應」。（圖）

光電效應實驗blog.cechina.cn

當弧光燈發出的光束照射到鋅板時，驗電器的指針會擺動。勒納德發現，逸出電子的速度與光強無關，而與光的頻率有關，並且存在一個頻率下限，低於這個下限時，就不能發生光電效應。勒那德雖然發現了光電效應與照射光的頻率關係，但沒能解釋為什麼會是這樣的。1905年，在瑞士伯爾尼專利局工作的愛因斯坦（一位年僅26歲的公務員），把他的注意力投向對光電效應深層意義的研究上，他將實驗及思考的結果寫成一篇名為《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》的文章中。這篇文章在普朗克能量量子化基礎上，提出一個新概念——光量子。愛因斯坦把組成輻射的能量子稱為「光量子」（1926年後，被稱為「光子」）。光量子可以很好地解釋光電效應。

Albert Einstein（1879 - 1955）

1912～1915年間，美國實驗物理學家密立根利用精密儀器，檢驗了愛因斯坦提出的光電效應現象，證明了光電效應機理的正確。

（2）為什麼會產生『光電效應』？  

A. 光的波動說無法解釋光電效應:

在光電效應被發現前，對於光的性質有兩種不同的解釋，一種是以牛頓為代表的「微粒說」，另一種是以惠更斯為代表的「波動說」。科學家就『光是波、還是粒子』，進行了曠日持久的論戰。 對於光電效應這樣一個實驗事實，光的波動說是無法解釋的 :『波動說』認為，光是波，波的能量是連續的，並且，波的能量與波的振幅即強度相關，波的能量和光的頻率無關（在經典物理學家心目中，光強代表著光的能量，頻率    則跟能量沒有關係）。如果微弱的紫光，能從金屬表面打出電子來，那麼很強的紅光，應該更能打出電子來，但事實卻與此推測相反。

【光與色彩】眼睛可以看見的光，波長大約在 400 納米nm （紫色光）~700 納米nm （紅色光）的範圍 { nm，納米，長度單位。1納米是10 ^-9米。即1 納米 是十億分之 1 公 尺} 。光的波長不同，形成不同的色彩，波長  長的偏紅色；波長短的偏藍色。光的振幅是光亮的強弱，振幅愈大，色光愈亮，振幅愈小，色光愈暗。

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未完待續  謝謝閱讀。

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