《上帝掷骰子吗：量子物理史话》读书笔记Ⅰ

虽然这是一本讲述量子物理的书，但是你一定会被它优美的文笔、恰当的比喻及磅礴的气势所征服。作者把一本物理书写成了一部长篇小说，让读者在细细流淌的叙述中体会物理学家们一场又一场的协作与争锋。

文章从赫兹的一个验证电磁波存在的实验开始，通过计算电磁波的前进速度，发现这个数值正好等于光速，从而验证了光是一种电磁波。也许我们也曾思考过光到底是什么？为何它看得见却摸不着，它存在却没有质量。物理学家们通过一个又一个实验提出了光的微粒说和波动说两种对立的假设。光的直线传播、反射、折射都可以用微粒说很好的解释，而光的衍射实验、双缝干涉实验、泊松亮斑甚至光的偏振现象却只能用波动说来解释。光的波动说和微粒说之间展开了一场旷日持久的大战。光到底是波还是粒子，这是文章的一条主线，贯穿于本书的始终。

在这个无休止的争论中，人们对黑体模型的热辐射问题产生了兴趣。热辐射即物体加热时产生的辐射能量，比如把一个铁块加热，它会变成红色，并产生出热量。普朗克在研究黑体的时候偶然发现了一个普适公式，要解释这个公式，必须假定能量在发射和吸收的时候，不是连续不断的，而是被分成一份一份的。这个一份就是能量的最小单位，即量子。那么这个不是连续的如何理解呢，就好比温度从1升到2，却没有经过1和2中间的1.5，也就是说温度是从1直接跳到2，不是从1到1.01、1.02、1.03......这个连续状态变化到2。也可以说1和2之间不是可划分成无限个数值的，而是不可划分的。量子论从此诞生了。

在量子论诞生之后，光电效应的一系列实验在各个实验室被做出。光电效应即用光来照射某种特定金属的表面能够打击出电子。电子可以理解为被某种能量束缚在金属内部的，如果电子吸收的能量是连续的，可积累的，那么增加光的强度，应该可以打击出电子来。但是实验的结论却是再强的红光（频率比较低）都不能打击出一个电子来，而频率高的光线比如紫外线却可以打出能量较高的电子。也就是说对于低频率的光，增加光的强度也不能打击出哪怕一个电子。这是为什么呢？这是否说明电子吸收的能量是不连续，不可积累的呢？

爱因斯坦通过普朗克的量子论，假设能量在发射和吸收的时候是不连续的，是被分成一份一份的，推导出光是量子化的，即光是由光子组成的。

那么根据普朗克公式E=h*v（E代表单个量子的能量，h是普朗克常数，v是频率），可以看出单个量子的能量E和频率v成正比。也就是说频率越大，单个量子的能量越大。这个理论正好可以解释高频率的光能够打击出高能量的电子，而低频率的光由于单个光子的能量小于电子的能量，而一个电子也打击不出来。当增加低频光的强度时，顶多是增加了光子的数量，一个电子只能吸收一个光子，因此即便增加光的强度也无法打击出一个电子。

光电效应很好的说明了光的粒子性，但无法解释光的衍射和干涉现象。因此正如书中所说：“光子一陷入干涉的沼泽，便显得笨拙而无法自拔；光波一进入光电的丛林，也变得迷茫而不知所措”。至此，光的微粒说和波动说陷入了僵局。

未完待续。