光是什么：第三次波粒战争之量子魔鬼和光电效应

文 | 火山

量子魔鬼

量子论告诉我们，物体能量的发射是一份一份的，它有一个最小的单位，而且，也不是连续的往外发射能量。这说明真实的世界是不连续的，也就是离散的，连续性的美好蓝图，也许不过是我们的一种想象。

在1900年，普朗克鼓起了最大的勇气，作出了量子的革命性假设，但随后他便为这个离经叛道的思想而深深困扰。因为根据这个假设，能量是不连续的，而且麦克斯韦理论也会受到质疑，这个结论让他大为吃惊和犹豫，不敢果断的支持量子论。

普朗克就像是童话里的那个渔夫，他亲手把魔鬼从封印的瓶子里放了出来，自己却反而被这个魔鬼吓了个半死。

不过普朗克的保守态度也并不是偶然的，实在是量子的思想太惊人，太过于革命。从量子论的成长历史来看，有着这样一个怪圈，科学巨人们参与了推动它的工作，却终于因为不能接受他惊世骇俗的解释，而纷纷站到了保守的一方去，在这个名单上，除了普朗克，更有爱因斯坦，德布罗意，乃至薛定谔等伟大的物理学家。

光电效应

普朗克量子假设的提出，一开始并没有引起太大的关注，直到爱因斯坦将其运用到光电效应上，才产生了惊世骇俗的效果。

赫兹通过电磁波试验，证实了光是一种电磁波，但他同时也发现，一旦有光照射在接收器的缺口上，那么接收器两端的电火花便出现的容易一些。但赫兹并未对其深究，因为在那个伟大的年代，要做的事情太多了。

后来人们发现：当光照射到金属上的时候，会从它的表面打出电子来，这就是我们现在所熟知的光电效应。

但光电效应也让科学家大为困惑，因为对于特定的金属能不能打出电子，是由光的频率说了算，而打出多少电子则光的强度说了算，这和我们的常识是不符合的。我们的常识是：光的强度越高，打出的电子应该越多才对。

1905年在瑞士的伯尔尼专利局，一万二十六岁的小公务员，三等技师职称，留着一头乱蓬蓬头发的年轻人，把他的眼光在光电效应的问题上停留了一下，这个人的名字叫做阿尔伯特爱因斯坦。

爱因斯坦发现，根据普朗克的公式：E=hv，提高频率不正是提高单个量子的能量E吗？而更高能量的电子不正好能够打击出更高能量的电子吗？另一方面提高光的强度只是增加量子的数量罢了，所以相应的结果自然是打击出更多数量的电子。

爱因斯坦说：根据这种假设，从一点所发出的光线在不断扩大的空间中传播时，它的能量不是连续分布的，而是由一些数目有限的局限于空间中某个地点的能量值所组成的。这些能量子是不可分割的，他们只能整份的被吸收或发射。

组成光的能量的这种最小的基本单位，爱因斯坦后来把它们叫做光量子。一直到1926年，美国物理学家刘易斯才把它换成了今天常用的名词，叫做光子。

于是，在一瞬间，闪电划破了夜空，属于量子论的一个全新时代来临了。