4分鐘：快樂4分鐘

現在，讓我們稍稍重複一遍上一篇的重點，

即：‘光電效應’只跟光的頻率有關。

比如，用頻率很低的紅光  

照射金屬表面，

任多麼強的紅光都打不出電子，

若用微弱的高頻紫外光  

就能輕易地打出電子來。

早在19世紀末，

德國的勒納德（1862－1947）實驗，

就已經發現：

當照射光的頻率提高時，逸出電子就產生了。

所打出的單個電子的能量大小隻跟頻率有關，

高頻光打出的電子能量大，反之就小。

增加光強只能增加打出電子的數量，

卻不會增加單個電子的能量。

勒納德在實驗中把光強提高了1000倍，

發現單個電子的能量，

比原先並沒有增加一分一毫。

‘光電效應’第2個要點，

電子從光線中吸收能量

達到足以擺脫原子核的束縛，

並沒有能量的積累時間：

光電效應，要麼打不出電子，多長時間也沒反應，

要麼是瞬間反應，

反應速度大約是10^－9秒（100萬分之一秒）。

面對“光電效應”這樣一個實驗事實，

愛因斯坦經過深思熟慮，進一步了解到：

誰說頻率跟能量無關？普朗克不是說E＝hv嗎？

這個E是能量，v不正是頻率嗎！

愛因斯坦想，

射向金屬表面的那束光線

是由千萬個微小的粒子組成的光子流，

正如水柱是由水分子組成的。

每一個‘光粒子’都滿足普朗克的量子公式：

E＝hv，即，‘光子’的能量是‘普朗克常數’

與‘頻率’的乘積。

因此可以把‘光粒子’稱為“光量子”。

由量子公式規定，

單個光量子的能量是由頻率v決定的，

h是一個常量，

頻率高的光量子能量高，

頻率低的光量子能量低。

這麼一想，

光電效應實驗的秘密就揭開了。

那麼，為什麼光電效應，只跟光線的頻率相關？

因為電子有一種自我保護能力，這種自我保護能力，

既能保護自己不會墜落到原子核上，

也不會使自己飛離家園。

若要離開原子家園，

必須有一個增加的最低限能量W，

入射光子的能量hv必須大於最低限能量W，

換言之，頻率v必須要大於某種頻率的極限值。

‘紫外光’頻率很高，

就決定了‘紫光’光量子的能量，

以大到足以超過電子出離所需能量，

於是光電效應就發生了；

而紅光因為頻率低，紅光的光子能量很小，

達不到電子出離所需要的極限能量W，

所以就不會有光電效應發生了。

電子要麼吸收一個能量大於W的光量子而瞬間逃逸，

要麼就在原地呆着。

所以不夠能量的光，再強也沒用。

一個電子只跟一個光量子發生作用。

在高頻率的前提下，光強若大，

（光束中的光子密度大），

電子碰撞的概率就大，

能打出的自由電子數目也就多。

1905年3月14日，

愛因斯坦在德國的《物理學紀事》雜誌上，

發表了題為《關於光的產生和轉變的一個啟發性觀點》，

在這篇文章中，神奇的“光量子”首次面世。

（3）“光量子”問世之後 

“光量子”問世後，許多人認為，

既然說光是粒子，

可是這種粒子卻又用‘波’的v（頻率）來定義，

如此不自洽，是科學家所不能接受的。

所以，愛因斯坦的光量子學說一問世，

就受到冷遇或反對，

甚至連“量子之父”普朗克也說，

這個年輕人“走得太遠了”。

在普朗克心中，量子只是公式中的符號，

這種符號是為了解釋熱輻射所做的數學形式，

而不是一種客觀實在。

愛因斯坦卻把量子從數學形式中，釋放出來，

愛因斯坦將 讓光量子充斥整個物理學界，

這就不能不牽動整個科學界的質疑了。

但是，質疑歸質疑，

隨着愛因斯坦學術魅力深入人心，

在1922年，有人提出以“光電效應理論”為由

（既不提相對論，也不提光量子假說），

科學家以‘光電效應’的名義投票通過，

把上一年1921年諾貝爾物理學獎，頒給愛因斯坦。

1923年，玻恩在一篇論文中說：

“必須有新的設想，而且物理學概念的整個系統

必須在這個基礎上重新建立。”

後來的研究證明，這種“新的設想”就是

世界是由分立的物質和連續的能量（輻射）

共同構成的。而量子化現象就發生

在這2大板塊相互結合的深處。

愛因斯坦的光量子學說，真的是“走得太遠了”，

但是人們最終發現，它確是符合實驗事實的。

除了在前面已經提到的

美國實驗物理學家密立根的實驗，

下面，還將介紹‘康普頓實驗’

對光量子學說的成功驗證。

愛因斯坦讓本來就存在的光量子得見天日，

這種發現，讓整個科學界以及整個思想界，

都為能認識這個充滿神奇魅力的精靈， 

感到喜悅和興奮，

這真是一種“革命性的發現”啊。

謝謝閱讀。