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第2章 星星点点
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神秘博士
1905年,普朗克差不多已经忘了他的光粒子理论,他此时是世界最负盛名的物理学杂志之一—《物理学年鉴》的高级编辑。
这意味着普朗克会收到许多来自江湖骗子的建议,其中大多数都被他丢弃了。
那年三月,普朗克收到了一篇论文,声称光的确是由粒子构成的—这并不只是为了让数字合理而随意捏造的理论。
乍一看,这又是一个疯狂的想法。
这篇论文来自瑞士一位不知名的26岁业余物理学家,他拥有高中教师资质,仅此而已。
然而,论文中的物理学知识无懈可击,还解决了多年来一直困扰人们的另一难题。
起初普朗克不敢相信,他甚至派助手到瑞士去核实,看这位“阿尔伯特·爱因斯坦”
究竟是否真的存在,还是什么人为了不被嘲笑而起的化名。
[1]当普朗克发现确有爱因斯坦其人时(尽管爱因斯坦没有多少经验—甚至当时连博士学位都没有),他还是立即发表了这篇论文。
他那荒谬的光量子理论也许根本就不那么荒谬。
爱因斯坦的论文探讨了所谓的“光电效应”
。
简单地说,当光照射在一片洁净的金属上时,金属原子外层的电子就会飞离金属表面。
这是因为电子能吸收光,如果入射光的能量足够大,电子就能吸收光并被剥离。
这本身不足为奇,但令人惊异的是,并不是每种颜色的光都能引发光电效应。
每一种金属都是独特的,但一般来说,红光、橙光和黄光对金属表面不起作用,而绿光、蓝光和紫光会导致电子发射。
绿光、蓝光和紫光的能量高于红光、橙光和黄光,因此这是合理的;但奇怪的是,即使增加红光的亮度(直到它相当于蓝光),光电效应也不会发生。
量子能量的单位是电子伏(简称eV)。
一束10eV的红光与一束10eV的蓝光包含的能量相同。
为什么能量相同的红光和蓝光不会产生相同的效应?10eV的红光与10eV的蓝光不一样吗?爱因斯坦表示,如果认真看待普朗克的量子论会发现,它们就不一样,10并不总等于10。
一个苹果在手,相当于两个诺贝尔奖
想象有人伸出手臂,手里抓着一个苹果,而你用水枪对着他的手喷水(别问我为什么要这样做,物理类推法就是这样的),在水流强大到一定程度之后,苹果就会从手中脱离。
这时,水的能量克服了手的抓力,苹果飞到了空中。
同样,电子与其原子的结合包含一定能量,当我们增加入射光的亮度,最终应该能使电子脱离—无论我们用什么颜色的光。
可是,在实验室里我们没有得到这样的结果,所以我们需要再次把理论揉碎,尝试一些新的东西。
假设我们用一束红光,按照普朗克的建议把它切成小块,每一块都包含一定的能量。
当然,一束蓝光也可以被切成同样数量的小块,但每一块包含的能量更大。
不要把光能想象成平滑的水柱,而要把它当成粒子。
红光的光量子类似于乒乓球。
你向那个人的手发射再多的乒乓球,苹果也不会掉落。
你甚至可以把整桶乒乓球泼向那个人,但由于苹果与乒乓球之间的每一次相互作用都是无足轻重的,所以无论有多少乒乓球,都不会让苹果产生一丁点位移。
相比之下,蓝光的光量子更像是一枚炮弹。
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