从光量子假说到光子——3月18日科学史上的今天

2018-03-19作者:科学π工作室, 编著编辑:书问阅读



1905年3月18日,爱因斯坦完成了一篇题为“关于光的产生和转化的一个启发性观点”的论文,其中提出了光量子假说。这一假设与4年多以前普朗克所提出的能量子假说异曲同工,都具有划时代的意义。


爱因斯坦认为光在辐射和吸收上呈现量子化。他把这种不连续的能量起名为“光量子”。光量子的提出不仅把普朗克的量子论大大地向前推进了一步,还以此为基础,建立了玻色-爱因斯坦统计。为了论证光量子假说,他试探着应用光量子观念解释光电效应。对光电效应,爱因斯坦给出了一个非常具有关键性的新图像,即入射光并不是连续的,光交付出电子能量也不是连续的,而是以一个个光量子独立完成的。


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为了进一步证明这个想法,爱因斯坦提出了一个光量子在能量交付时的能量守恒公式。爱因斯坦的光量子说一经提出,遭到了物理界包括普朗克的普遍反对。爱因斯坦又足足地等待了10年,他对光电效应的预言才得到验证,尽管如此,光量子也并没有被普遍接受。直到1916年,密立根以汞的一组谱线为源,以各种碱金属为靶,做了一系列光电效应的实验,才证实了爱因斯坦的公式,并首次利用爱因斯坦的理论精确地测定了普朗克常数。


普朗克的辐射量子论,与爱因斯坦的光量子假说都是20世纪近现代物理学“黄金时代”到来的曙光,也是量子物理的两块基石。1923年9月,著名法国物理学家德布罗意宣布了一个划时代的构想,他认为波粒二象性不仅适用于辐射,也适用于一切物质粒子。由于光量子假说的提出,爱因斯坦获得了1921年度的诺贝尔物理学奖。



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