愛因斯坦與光電效應

偉大的赫茲讓人類知道了電磁波的存在，他是一位和法拉第一樣的天才，可惜不能像法拉第一樣活到76歲。1894年，赫茲英年早逝，年僅37歲，連法拉第的一半都不到。

赫茲去世后，留下了一個謎題，幾年前年他用紫外線光照射諧振的鋅球時，產生的火花比沒有紫外線照射強很多，奇怪的是，紅外線和可見光都達不到這樣的效果。他只把這個現象寫進了論文，但是沒有給出合理的解釋。

這個發現立刻引起了物理學者們的好奇心，他們把這個實驗單獨的做了出來並證實了一些特性：

1.光的頻率小於一定範圍，不會產生光電效應，只有頻率大到一定程度才可以。

2.光電效應和光的強度無關。即便很弱的紫外線也可以產生光電效應，而很強的紅外線如果沒有到臨界值也無法產生光電效應。

1899年，也就是人類發現電子的后兩年，湯姆遜也做了類似的實驗，不用問他又在產生火花上加了熒光屏和磁場，幾乎兩年前發現電子如出一轍。湯姆孫這招可謂橫行天下，就像喬幫主的降龍十八掌，雖不是上乘武學，卻被他練的爐火純青。看來，山不在高，有仙則靈，招不再多，管用就行。

此後，很多科學家嘗試解釋。那是一個麥克斯韋的時代，是電磁波的時代，也是光的微粒學說被趕出物理學大廈的時代。從電磁波入手自然是再合適不過的了。

如果是電磁波，能量會慢慢聚集，就像曬太陽一樣，越曬越暖和。等到能量大到一定程度，電子就會溢出，而現在在臨界頻率以下的光照一天也沒見一個電子溢出；而臨界頻率及以上的光輕鬆即便微弱也可以溢出電子。

到了1903年，有位赫茲的學生提出電子溢出是共振的結果，即紫外線的頻率和極板上的電子發生共振，導致電子溢出。那麼問題來了，電子的共振頻率只有1個。若用比臨界頻率更大的光照射，也能溢出。這個理論別他自己的實驗否定了。

1905年，註定是不平凡的一年，註定是要載入史冊的一年。在前面已經講過，愛因斯坦就在1905年發表了狹義相對論和質能方程。而在這些理論之前，實際上，愛因斯坦還發表了另外一篇文章《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》，這是他1905年發表的第二篇論文，也是他一生髮表的第四篇論文，前兩篇均在他自稱為「修皮鞋」的日子裡完成的，並自嘲他們為毫無意義，但是這篇論文卻及其以及相當有意義。

1900年，普朗克小心翼翼的提出能量子，那年愛因斯坦21歲。正值書生意氣、揮斥方遒之時。普朗克不喜歡能量子，但是愛因斯坦卻沒有那麼多顧慮，他把普朗克的能量子放到光電效應中，也得到了完美的解釋：

1.光束是一群離散的量子，而不是連續性波動；

2.每個光量子的能量就是能量子，可用E=hf表示；

3.電子溢出需要給它一個能量，當能量子的能量大於等於臨界能量A時，光子就可以溢出，溢出的光子有動能；

4.當能量子小於A時，則電子不會溢出。

愛因斯坦給出了光電效應方程：

（這個方程看上去很簡單，但是愛因斯坦卻因此獲得唯一一個諾獎）

再回顧一下光的歷史，從開始的惠更斯「波動說」被牛頓的「微粒說」一直打壓，200多年後「微粒說」又被沒麥克斯韋和赫茲的的「波動說」徹底打敗，直到沒有人再相信光是個微粒時，愛因斯坦又把「微粒」給請回來了。這才過了多少年啊！折騰來折騰去，也不管光受得了受不了。

受不了也得受。雖然愛因斯坦只是往前邁了一小步，但是文明卻前進了一大步。而這一小步也是需要很大的勇氣的，因為「光是電磁波」在赫茲之後就已經蓋棺定論了，光作為微粒實際上已經在人們心中死去了，正因為如此，所以從1899到1905年的6年時間裡，沒有人試圖用微粒學說去解釋光電效應。初生牛犢不怕虎，敢於對原有理論挑戰正是年輕人的特長，而縱觀物理學史，大有見解的理論或者假說大部分出自年前人之手，這個圈子可能註定容不下太多的大器晚成的人。