登陆注册
14525600000054

第54章 光电效应的发现

普朗克的量子假说提出后,第一个认真考虑他的观点的是阿尔伯特·爱因斯坦。

普朗克的假设违反“连续性”的经典物理,并且以“假设光波振动的解释”解释不连贯的量子能量传递,使多数科学家不能接受。

以上问题在爱因斯坦解决“光电效应”问题之后,变得明晰起来。而爱因斯坦也因此而获得1922年诺贝尔物理学奖。

光电效应是在光的照射下金属表面发射电子的现象。

1887年,威廉·哈尔瓦克斯发现了一种现象,用紫外线照射带负电压的验电器金属板,验电器就放电,光线由金属“打出”电子,现在的光电管原理就在于此。

继1887之后,俄国学者斯托列托夫等人也做了多次同类型的实验,确证了这个事实,并证明被光照过的金属板带的是正电。

人们开始定量地研究这种现象并测试“光电子”所带能量。结果发生矛盾。根据经典物理学定律,光电子的能量会随光度增加而逐渐增加,但实验中发现,光的强度虽然增加了,光电子的数量增加了,但能量却没有变化。

令人们百思不得其解的是,光电子的能量和照射光的频率有关。照射光的频率越高,光电子能量越大。这就是爱因斯坦的观点所在。

1905年,爱因斯坦发表了3篇论文。其中一篇《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文认为,在1899至1902年之间,德国学者赫兹的助手勒纳德提出光电效应中经典波动理论无法解释的三点是光的微粒性质的实验证据。

勒纳德提出:

其一,每一种金属表面都存在一个特征截止频率,频率再小,不管光强多大,都不能发生光电效应。

其二,射出的光电子动能只同入射光频率有关,同光强无关。

其三,只要入射光频率超过截止的那个频率,无论怎样强弱,都会立即引发光电效应。

在论文中,爱因斯坦把普朗克的量子说和光的微粒观点相结合,提出光量子假说。光是由光子也是能束和能粒子所组成。牛顿曾经想到过的粒子观点被波说取代后,在爱因斯坦这里吸收了他的有益思考。

爱因斯坦认为,一束单色光,是一束以光速运动的粒子流,这些粒子称为光量子,也就是光子。每个光子都有一定的能量,这个以通过频率计算,用普朗克常数与频率相乘,可得出每个光子的能量。

一束光的能量就是发射出的光子能量之总和,一定频率的光,光子的数目越多,光的强度就越大。

光电子能量和入射光频率之间的关系对古典经典物理学而言,是无法解释的。频率和能量的紧密关系要求人们利用普朗克常数。

爱因斯坦正是在普朗克的基础上而比普朗克更革命。爱因斯坦考虑了途中发生的事情。也就是说量子是否按波的形式传播或是一成不变。爱因斯坦假设能量按一个量子传播。光辐射也是由微粒子,即一种“能量小包”组成的。这些微粒子以光速飞越空间,粒子能量是由频率和作用量子的乘积得出,意味着频率对光电子的影响。

光电效应是由于金属中的自由电子吸收了光子能量从金属中溢出而发生的。电子吸收一个光子便获得了一份能量,这份能量一部分被消耗,因为电子从金属表面溢出要做功;一部分就是电子逃离时的动能。

h为普朗克常数,电子从金属表面溢出所做的功为A,速度为v,则有:hv=A 1/2mv2,这就是爱因斯坦方程。

爱因斯坦的光量子理论,虽然能正确地解释光电效应,但仍然没能广泛承认,就连普朗克这位最早提出量子论的人,也认为爱因斯坦的理论“太过分”了。

原因就在于我们前面所说的“途中”。普朗克只认为电磁波在发射和吸收能量时是一份一份的,而爱因斯坦认为在传播过程中也具有这样的性质。

爱因斯坦理论的提出,使人们对光本质的认识前进了一大步。他重新引入微粒观,又肯定了波动的意义。主要是由于爱因斯坦的工作,使得光的波粒二象性确立,即光有时表现有波动性,有时表现为粒子性。

实验中的“斯托克斯定律”是爱因斯坦理论的证明。斯托克斯定律是:如果光碰上一块发荧光的平面,那么荧光的频率几乎总是比较低的,决不会高过引发辐射的频率。如果用波动理论,则无法解释,在光量子的假说中,通过爱因斯坦方程可以看到,打在屏幕上的量子放出一部分能量,因此被反射的量子能量较小,频率也较小。

另外,照相底板受到光照时,即使光线强度极弱,感光层的某些小颗粒也会起变化,而感光层的其他部分则依旧如故。这证明是光量子命中的部分引起变化。

美国物理学家密立根激烈地反对光量子理论,他花了10年时间,企图用实验来否定爱因斯坦。为了研究爱因斯坦方程,他把频率已知的单色光落到一块板上,然后尽量准确地测出放出的光电子能量。他用这种方法得出的普朗克常数与普朗克公式韵常数完全一致。

根据种种实验,光既有波的性质,又有粒子的性质,爱因斯坦的关于光是粒子组成的理论,没有让现代科学家放弃光的波动,而是有机统一且辩证地结合起来,即光的波粒二象性得到确立。

同类推荐
  • “科学与文化”系列科普图书·智慧城市

    “科学与文化”系列科普图书·智慧城市

    城市生活应该如何进行?我们应该如何在城市之中进行智慧的生活?本书将为你介绍。
  • 怎样做好焊工

    怎样做好焊工

    本书以问答的形式介绍了焊工的基础知识,内容包括焊工的工作原理、注意事项等,是一本实用的入门指导、浅显的技术手册与操作教程。
  • 形形色色的现代武器(科普知识大博览)

    形形色色的现代武器(科普知识大博览)

    要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”!科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
  • 中国人一定要知道的科学常识

    中国人一定要知道的科学常识

    自然科学的发展是一个社会进步的标志。本书从科技、交通、地理、生物、天文等方面,详细介绍了我们日常生活中不可不知的科学小常识,使您在日常生活中可以更好地运用科学知识去指导工作、安排生活,避免发生一些意想不到的麻烦,以提高生活质量。
  • 课本上学不到的知识——环境你我他

    课本上学不到的知识——环境你我他

    进入21世纪,环境问题日益突出。环境污染已经严重影响我们的日常生活和生产活动。《环境你我他》就是要向广大青少年介绍环境问题的产生、各种类型的环境污染、环境污染带来的危害以及治理环境污染的相关措施,以引起广大青少年对环境问题的重视,做到关心环境,人人有责。关心环境就是关心你我他!
热门推荐
  • 现代贾宝玉

    现代贾宝玉

    曹雪芹笔下的贾宝玉乐极生悲遁入空门。但他尘心未灭,很想在现代社会重新来过······这是一部广大文学爱好者的青春梦想,当作家挣大钱;这是一部当下流行的种马小说,男主角被一大帮美女包围着。地位、金钱、美女,人世间的欲望丛生,剪不断,理还乱。我们的真爱那里去了?男主角在苦苦寻找,内心久久不能平静。他也在想:是不是每个人都在寻找?金钱是万能的?地位很重要?当它们面对真爱,还会无坚不摧吗?·······
  • 天降奇迹

    天降奇迹

    看我怎么逆天崛起,让以前看不起我的人怎么后悔,做一个时代的地下主宰,各种美女都是我的,我的位面我来了,等这我的崛起吧,这个时代将会大换血
  • 无赖小三

    无赖小三

    一个捕头的儿子,家传的三流内功,一个捕头教出来的极品无赖。刀光冷冽,剑光闪烁,一个无赖的极品混成史,对江湖来说的一个大灾难。人不要脸天下无敌,坑蒙拐骗只是小道,是敲闷棍,踢寡妇门,绑架千金,那些也是小事。我们要做更牛的无赖,翻圣地楼阁,敲武林盟主,偷魔教秘典,下药圣女,打劫大侠。*******************************************小三语录:干坏事都不是自己的意思,都是被逼的。小三语录:我说的话你也信,你真是个好人。
  • 三略直解

    三略直解

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 绝世毒医:小姐太逆天

    绝世毒医:小姐太逆天

    她是新世纪佣兵界的至尊王者,佣兵界最为神秘、传奇的人物。拥有强大的实力和神秘莫测的身份......却一夕穿越至异世,惨遭毒手。凤凰涅槃、浴火重生,将在异世掀起怎样的滔天巨浪?腹黑、狠辣、无情、冷漠、性格阴晴不定、桀骜不驯是她的标签。但,只有他,懂她玩世不恭之下的冷漠,懂她冷漠之下的伪装......神魔大战、毁天灭地、邪域出世、世间大乱。真心?假意?乱世迷局,又有谁能看破红尘?当命运的齿轮重新转回原点,她又该如何抉择?三世轮回,又有多少爱恨纠缠?
  • 金屋销得美人愁

    金屋销得美人愁

    金屋藏娇,汉武帝刘彻给陈阿娇的金屋到底是什么,是她昔日皇后的宫殿甘泉宫还是她活活被烧死的地方,长门宫?陈阿娇想要的从来都不是那个金碧辉煌的金屋,而是金屋里面的那个爱她的夫君。
  • 道家智慧一点通

    道家智慧一点通

    自古以来人类一直在探寻一个哲学命题——终极拷问。我到底是谁?世界到底是什么样子的?宇宙究竟是什么?而这个到底、究竟正是老子所说的道。在思辨分析中锻炼着我们的思维和大脑,从而使我们产生智慧,这也是道之为道最有趣的地方。不过经过这一番思考追问,虽然没有得到答案;但是你会发现你变得豁达了,轻松了,透亮了。这就是“道”的道理。
  • 木子回憶

    木子回憶

    我站起来走出小卖部。留下空荡荡的座位,还有那杯未喝完的咖啡。忆,我会一直记得,我爱过你。
  • 重生之投机人生

    重生之投机人生

    他是最大的投机者,只因为他是一个重生者!命运多舛的张仪在而立之年从公司辞职后大醉一场,没有想到却意外重生到自己高二那年。张仪利用自己对未来的记忆,一步步改变着自己和亲人的命运,弥补着过去的遗憾。校园、商场和官场从此有了他的身影,少妇、御姐,班花、校花,张仪无往不利。纯真的校园爱情,诡异的商场激战,多变的官场形势,兵荒带大家一起见证天才的成长之路。群号:320131258
  • 千金重生之闪耀归来

    千金重生之闪耀归来

    简介:安诺本是A国第一千金,因渣男渣女的陷害而失去了所拥有的一切,她重生后发誓,一定让那些伤害过她的生不如死,重生后遇见了高冷名少:冷奕华!【本人不才,简介马马虎虎,接着后面的故事就由你们去探讨喽!】