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版權所有：castor_v_pollux 原作　提交時間：10:30:01 06月13日

/*為了慶祝考試完畢，閉門重溫曹操傳一個禮拜，不聞窗外事。突然發現信箱裡有許多朋友發來的支持本系列的言語，不得不硬着頭皮繼續趕文債，呵呵。俺本是懶的，寫來為了好玩，現在的規模有點失控，要完整地寫下來怕是要超過10萬字，有點怕。本來也有別的事做，再說暑假本是背個包和MM們走四方的時候，恐怕要俺靜下心來老實寫東西有點勉為其難。不過不管怎麼樣，有空了是一定會繼續寫這篇東東的，多謝大家支持。*/

上帝擲骰子嗎——量子物理史話

第三章 火流星

一

在量子初生的那些日子裡，物理學的境遇並沒有得到明顯的改善。這個叛逆的小精靈被他的主人所拋棄，不得不在荒野中顛沛流離，積蓄力量以等待讓世界震驚的那一天。在這段長達四年多的慘澹歲月里，人們帶着一種鴕鳥心態來使用普朗克的公式，卻掩耳盜鈴般地不去追究那公式背後的意義。然而在他們的頭上，濃厚的烏雲仍然驅之不散，反而有越來越逼人的氣勢，一場蕩滌世界的暴雨終究無可避免。

而預示這種巨變到來的，如同往常一樣，是一道劈開天地的閃電。在混沌中，電火花擦出了耀眼的亮光，代表了永恆不變的希望。光和電這兩種令神袛也敬畏的力量糾纏在一起，便在瞬間開闢出一整個新時代來。

說到這裡，我們還是要不厭其煩地回到第一章的開頭，再去看一眼赫茲那個意義非凡的實驗。正如我們已經提到過的那樣，赫茲接收器上電火花的爆躍，證實了電磁波的存在，但他同時也發現，一旦有光照射到那個缺口上，那麼電火花便出現得容易一些。

赫茲在論文裡對這個現象進行了描述，但沒有深究其中的原因。在那個激動人心的偉大時代，要做的事情太多了，而且以赫茲的英年早逝，他也沒有閒暇來追究每一個遇到的問題。但是別人隨即在這個方面進行了深入的研究，不久事實就很清楚了，原來是這樣的：當光照射到金屬上的時候，會從它的表面打出電子來。原本束縛在金屬表面原子裡的電子，不知是什麼原因，當暴露在一定光線之下的時候，便如同驚弓之鳥紛紛往外逃竄，就像見不得光線的吸血鬼家族。對於光與電之間存在的這種饒有趣味的現象，人們給它取了一個名字，叫做“光電效應”（The Photoelectric Effect）。

很快，關於光電效應的一系列實驗就在各個實驗室被作出。雖然在當時來說，這些實驗都是非常粗糙和原始的，但種種結果依然都表明了光和電之間這種現象的一些基本性質。人們不久便知道了兩個基本的事實：首先，對於某種特定的金屬來說，光是否能夠從它的表面打擊出電子來，這隻和光的頻率有關。頻率高的光線（比如紫外線）便能夠打出能量較高的電子，而頻率低的光（比如紅光、黃光）則一個電子也打不出來。其次，能否打擊出電子，這和光的強度無關。再弱的紫外線也能夠打擊出金屬表面的電子，而再強的紅光也無法做到這一點。增加光線的強度，能夠做到的只是增加打擊出電子的數量。比如強烈的紫光相對微弱的紫光來說，可以從金屬表面打擊出更多的電子來。

總而言之，對於特定的金屬，能不能打出電子，由光的頻率說了算。而打出多少電子，則由光的強度說了算。

但科學家們很快就發現，他們陷入了一個巨大的困惑中。因為……這個現象沒有道理，它似乎不應該是這樣的啊。

我們都已經知道，光是一種波動。對于波動來說，波的強度便代表了它的能量。我們都很容易理解，電子是被某種能量束縛在金屬內部的，如果外部給予的能量不夠，便不足以將電子打擊出來。但是，照道理說，如果我們增加光波的強度，那便是增加它的能量啊，為什麼對於紅光來說，再強烈的光線都無法打擊出哪怕是一個電子來呢？而頻率，頻率是什麼東西呢？無非是波振動的頻繁程度而已。如果頻率高的話，便是說波振動得頻繁一點，那麼照理說頻繁振動的光波應該打擊出更多數量的電子才對啊。然而所有的實驗都指向相反的方向：光的強度決定電子數目，光的頻率決定能否打出電子。這不是開玩笑嗎？

想象一個獵人去打兔子，兔子都躲在地下的洞裡，輕易不肯出來。獵人知道，對於狡猾的兔子來說，可能單單敲鑼打鼓不足以把它嚇出來，而一定要採用比如說水淹的手法才行。就是說，採用何種手法決定了能不能把兔子趕出來的問題。再假設本地有一千個兔子洞，那麼獵人有多少助手，可以同時向多少洞穴行動這個因素便決定了能夠嚇出多少只兔子的問題。但是，在實際打獵中，這個獵人突然發現，兔子出不出來不在於採用什麼手法，而是有多少助手同時下手。如果只對一個兔子洞行動，哪怕天打五雷轟都沒有兔子出來。而相反，有多少兔子被趕出來，這和我們的人數沒關係，而是和採用的手法有關係。哪怕我有一千個人同時對一千個兔子洞敲鑼打鼓，最多只有一個兔子跳出來。而只要我對一個兔子洞灌水，便會有一千隻兔子四處亂竄。要是畫漫畫的話，這個獵人的頭上一定會冒出一顆很大的汗珠。

科學家們發現，在光電效應問題上，他們面臨着和獵人一樣的尷尬處境。麥克斯韋的電磁理論在光電上顯得一頭霧水，不知怎麼辦才好。實驗揭露出來的事實是簡單而明了的，多次的重複只有更加證實了這個基本事實而已，但這個事實卻和理論恰好相反。那麼，問題出在哪裡了呢？是理論錯了，還是我們的眼睛在和我們開玩笑？

問題絕不僅僅是這些而已。種種跡象都表明，光的頻率和打出電子的能量之間有着密切的關係。每一種特定頻率的光線，它打出的電子的能量有一個對應的上限。打個比方說，如果紫外光可以激發出能量達到20電子伏的電子來，換了紫光可能就最多只有10電子伏。這在波動看來，是非常不可思議的。而且，根據麥克斯韋理論，一個電子的被擊出，如果是建立在能量吸收上的話，它應該是一個連續的過程，這能量可以累積。也就是說，如果用很弱的光線照射金屬的話，電子必須花一定的時間來吸收，才能達到足夠的能量從而跳出表面。這樣的話，在光照和電子飛出這兩者之間就應該存在着一個時間差。但是，實驗表明，電子的躍出是瞬時的，光一照到金屬上，立即就會有電子飛出，哪怕再暗弱的光線，也是一樣，區別只是在於飛出電子的數量多少而已。

咄咄怪事。

對於可憐的物理學家們來說，萬事總是不遂他們的願。好不容易有了一個基本上完美的理論，實驗總是要搞出一些怪事來攪亂人們的好夢。這個該死的光電效應正是一個令人喪氣和掃興的東西。高雅而尊貴的麥克斯韋理論在這個小泥塘前面大大地犯難，如何跨越過去而不弄髒自己那華麗的衣裳，着實是一樁傷腦筋的事情。

然而，更加不幸的是，人們總是小看眼前的困難。有着潔癖的物理學家們還在苦思冥想着怎樣可以把光電現象融入麥克斯韋理論之中去而不損害它的完美，他們卻不知道這件事情比他們想象得要嚴重得多。很快人們就會發現，這根本不是袍子干不乾淨的問題，這是一個牽涉到整個物理體系基礎的根本性困難。不過在當時，對於這一點，沒有最天才、最大膽和最富有銳氣的眼光，是無法看出來的。

不過話又說回來，科學上有史以來最天才、最大膽和最富有銳氣的人物，恰恰生活在那個時代。

1905年，在瑞士的伯爾尼專利局，一位26歲的小公務員，三等技師職稱，留着一頭亂蓬蓬頭髮的年輕人把他的眼光在光電效應的這個問題上停留了一下。這個人的名字叫做阿爾伯特•愛因斯坦。

於是在一瞬間，閃電劃破了夜空。

暴風雨終於就要到來了。