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1902年,德国实验物理学家菲利普·莱纳德(1862—1947)发现了令人震惊的实验事实,金属逸出电子的能量与照射在金属上的光强没有关系,电子能量只依赖于入射光的颜色(即频率)。
无论光源离金属有多远,逃逸电子的数量虽然会变少,但是电子出射的初速度始终不变。
例如,当用紫光取代红光照射金属时,逸出电子的速度会明显增加。
用爱因斯坦的观点能够很容易地解释这个现象。
对于单一颜色的光,它每一份能量的大小是确定的,当光源离得越远时,其能量单位“光子”
分布得更稀疏。
一份辐射能量被一个电子吸收时,电子带着光子的能量逃逸出来。
因此,光源和金属之间的距离与每个出射电子的能量之间没有关系。
此外,红光的光子和紫光的光子在能量上是不同的,因此一个电子吸收紫色光光子时的逸出速度大于吸收红色光光子时的逸出速度。
我们再用一个比喻来说明这一过程。
当分别用机关枪和大炮来轰击碉堡时,即使两者使用的火药总量相等,其造成的效果也大相径庭。
机关枪只会将碉堡表面打得坑坑洼洼,而大炮会直接将碉堡轰出一个洞。
此外,炮火的平均强度不会影响洞的大小,只影响洞的数量。
由于光的不连续性假设,爱因斯坦对力场连续性的观念提出了质疑。
如果光是由一份份的光子构成的,那么电磁场也不能连续地充满整个空间。
传统的光的电磁理论基于电磁场连续性的假设,现在也需要被重新检验。
然而,光子的不连续结构与其他的观察结果显然也不一致。
尤其是涉及光的干涉和衍射现象时,光的连续性理论能很好地解释实验。
爱因斯坦对也十分了解这种困难,所以他认为自己的假设仅仅是一种权宜之计,很快就会被科学的进步所淘汰。
因此,他将自己的理论文章取名为:“关于光的产生和转化的一个启发性观点”
。
(OittheProdudTransformationofLight.)
有趣的是,爱因斯坦的光量子理论(quantumtheht)是建立在两个德国物理学家的研究基础上的。
这两个物理学家后来在爱因斯坦的生命中都扮演了重要角色。
马克斯·普朗克是最早拥护爱因斯坦相对论的科学家,而菲利普·莱纳德则在哲学、政治、宗教等各个方面激烈地反对爱因斯坦。
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