量子和粒子物理學何以解釋一切

第2章 星星點點

字體:16+-

神秘博士

1905年,普朗克差不多已經忘了他的光粒子理論,他此時是世界最負盛名的物理學雜誌之一—《物理學年鑒》的高級編輯。這意味著普朗克會收到許多來自江湖騙子的建議,其中大多數都被他丟棄了。

那年三月,普朗克收到了一篇論文,聲稱光的確是由粒子構成的—這並不隻是為了讓數字合理而隨意捏造的理論。乍一看,這又是一個瘋狂的想法。這篇論文來自瑞士一位不知名的26歲業餘物理學家,他擁有高中教師資質,僅此而已。然而,論文中的物理學知識無懈可擊,還解決了多年來一直困擾人們的另一難題。

起初普朗克不敢相信,他甚至派助手到瑞士去核實,看這位“阿爾伯特·愛因斯坦”究竟是否真的存在,還是什麽人為了不被嘲笑而起的化名。[1]當普朗克發現確有愛因斯坦其人時(盡管愛因斯坦沒有多少經驗—甚至當時連博士學位都沒有),他還是立即發表了這篇論文。他那荒謬的光量子理論也許根本就不那麽荒謬。

愛因斯坦的論文探討了所謂的“光電效應”。簡單地說,當光照射在一片潔淨的金屬上時,金屬原子外層的電子就會飛離金屬表麵。

這是因為電子能吸收光,如果入射光的能量足夠大,電子就能吸收光並被剝離。這本身不足為奇,但令人驚異的是,並不是每種顏色的光都能引發光電效應。

每一種金屬都是獨特的,但一般來說,紅光、橙光和黃光對金屬表麵不起作用,而綠光、藍光和紫光會導致電子發射。綠光、藍光和紫光的能量高於紅光、橙光和黃光,因此這是合理的;但奇怪的是,即使增加紅光的亮度(直到它相當於藍光),光電效應也不會發生。

量子能量的單位是電子伏(簡稱eV)。一束10eV的紅光與一束10eV的藍光包含的能量相同。為什麽能量相同的紅光和藍光不會產生相同的效應?10eV的紅光與10eV的藍光不一樣嗎?愛因斯坦表示,如果認真看待普朗克的量子論會發現,它們就不一樣,10並不總等於10。