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好了,现在我们设想不只有一个坑,而是有一堆坑,每个坑底都有一个小人要爬出去。我们向各个坑里扔梯子。我们之前已经说过,小人能不能爬出来的关键在于每一架梯子的长度,如果梯子的长度比坑的深度更大,那么小人就能爬出来。这种情况下即使梯子再少,也能有小人跑出来。扔一架梯子就有一个小人出来,扔两架梯子就有两个小人出来。如果扔的单个梯子长度比坑的深度更小,那么就算扔再多的梯子,也不会让任何一个小人脱困。并且,小人爬出来所用的时间总是一定的。
我们再回想一下梯子和小人比喻的本体是什么。坑里的小人是电子,他从坑里爬出来就代表电子从金属表面跑出来。往坑里扔梯子就是把光打到金属表面。光照强度是一次扔下梯子的总长度。而光照频率可以用单个梯子的长度来比喻。普朗克的假说认为单个光子的能量大小与频率成正比。频率高的光子就相当于一把长梯子,而频率低的光子则相当于一把短的梯子。这样就和光电效应的实验现象完美对应上了。只要照射光的频率超过定值,无论光照强度有多弱,一定会有电子跑出来。而如果照射光的频率低于定值,无论光照强度有多强,一个电子都跑不出来。并且,不管梯子有多长,小人爬上来的时间都是一样的,这也解释了为什么在任何情况下电子都是瞬间跑出来的。
爱因斯坦的论述极具想象力,又能完全解释光电效应的现象,但对于当时的物理学家来说,还存在一个重大的问题:既然光是连绵不断的波动,它又怎样能一份一份地传输能量?当时的物理学家,如密立根(Robert Milikan)认为这是爱因斯坦的理论出了问题。
但随着物理学的发展大家发现,出现问题的不是爱因斯坦,而是所有人对波动和粒子概念的理解。光既有波动的性质,也有粒子的性质,它需要一套全新的物理理论来描述。最早普朗克在描述能量是一份份传播的时,给一份的能量取名为“能量子”,因此描述这一现象的理论被命名为“量子论”。
爱因斯坦对光量子的研究使他获得了诺贝尔物理学奖,也让他成了量子力学的奠基人之一。但多年以后,量子论这个爱因斯坦亲自参与创造的理论,变成了爱因斯坦最想要击败的对象。这就是另一个故事了。
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