2022年愛因斯坦的光量子理論

模板，內(nèi)容僅供參考模板，內(nèi)容僅供參考愛因斯坦的光量子理論愛因斯坦的光量子理論普朗克的量子假說提出后的幾年內(nèi)，并未引起人們的興趣，愛因斯坦卻看到了它的重要性。他贊成能量子假說，并從中得到了重要啟示：在現(xiàn)有的物理理論中，物體是由一個一個原子組成的，是不連續(xù)的，而光(電磁波)卻是連續(xù)的。在原子的不連續(xù)性和光波的連續(xù)性之間有深刻的矛盾。為了解釋光電效應(yīng)，1905年愛因斯坦在普朗克能量子假說的根底上提出了光量子假說。愛因斯坦大膽假設(shè)：光和原子電子一樣也具有粒子性，光就是以光速C運動著的粒子流，他把這種粒子叫光量子。同普朗克的能量子一樣，每個光量子的能量也是￡=卜丫，根據(jù)相對論的質(zhì)能關(guān)系式，每個光子的動量為p=E/c=h/入列別捷夫(n.H.〃e6egeB1866-1911)的光壓實驗證實了光的動量和能量的關(guān)系式。根據(jù)光量子假說，愛因斯坦順利地推出普朗克公式，并且還提出了一個光電效應(yīng)公式。光量子假說成功地解釋了光電效應(yīng)。當(dāng)紫外線這一類的波長較短的光線照射金屬外表時，金屬中便有電子逸出，這種現(xiàn)象被稱為光電效應(yīng)。它是由赫茲(H.R.Hertz1857—4)和勒納德(P.Lenard1862-1947)發(fā)現(xiàn)的。光電效應(yīng)的實驗說明：微弱的紫光能從金屬外表打出電子，而很強的紅光卻不能打出電子，就是說光電效應(yīng)的產(chǎn)生只取決于光的頻率而與光的強度無關(guān)。這個現(xiàn)象用光的波動說是解釋不了的。因為光的波動說認(rèn)為光是一種波，它的能量是連續(xù)的，和光波的振幅即強度有關(guān)，而和光的頻率即顏色無關(guān)，如果微弱的紫光能從金屬外表打出電子來，那么很強的紅光應(yīng)更能打出電子來，而事實卻與此相反。利用光量子假說可以圓滿地解釋光電效應(yīng)。按照光量子假說，光是由光量子組成的，光的能量是不連續(xù)的，每個光量子的能量要到達(dá)一定數(shù)值才能克服電子的逸出功，從金屬外表打出電子來。微弱的紫光雖然數(shù)目比擬少，但是每個光量子的能量卻足夠大，所以能從金屬外表打出電子來；很強的紅光，光量子的數(shù)目雖然很多，但每個光量子的能量不夠大，缺乏以克服電子的逸出動，所以不能打出電子來。赫茲以自己的實驗證實了電磁波的存在，宣告光的波動說的全勝，判處了光的微粒說的死刑，可是又是他發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)導(dǎo)致了微粒說的復(fù)活。從當(dāng)時的觀點看來光量子假說同光的干預(yù)事實矛盾，許多物理學(xué)家不贊成光量子假說，就連普朗克也抱怨說“太過分了”，1907年他在寫給愛因斯坦的信中說：“我為作用基光量子(光量子)所尋找的不是它在真空中的意義，而是它在吸收和發(fā)射地方的意義，并且我認(rèn)為，真空中的過程已由麥克斯韋方程作了精確的描述”。直到1913年他還拒絕光量子假說。美國物理學(xué)家米立肯(R.A.Millikan1868-1953)在電子和光電效應(yīng)的研究方面做出了杰出的奉獻(xiàn)。他曾花費十年時間去做光電效應(yīng)實驗。最初他不相信光量子理論，企圖以實驗來否認(rèn)它，但實驗的結(jié)果卻同他最初的愿望相反。1915年他宣告，他的實驗證實了愛因斯坦光電效應(yīng)公式。他根據(jù)光量子理論給出了卜值的測定，與普朗克輻射公式給出的h值符合得很好。1922—1923年間，康普敦(A.H.Comptonl2—1962)研究了X射線經(jīng)金屬或石墨等物質(zhì)散射后的光譜。根據(jù)古典電磁波理論，入射波長應(yīng)與散射波長相等，而康普敦的實驗卻發(fā)現(xiàn)，除有波長不變的散射外，還有大于入射波長的散射存在，這種改變波長的散射稱為康普敦效應(yīng)。光的波動說無論如何也不能解釋這種效應(yīng)，而光量子假說卻能成功地解釋它。按照光量子理論，入射X射線是光子束，光子同散射體中的自由電子碰撞時，將把自己的一局部能量給了電子，由于散射后的光子能量減少了，從而使光子的頻率減小，波長變大。因此，康普敦效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，有力地證實了光量子假說。愛因斯坦的光量子假說開展了普朗克所開創(chuàng)的量子理論。在普朗克的理論中，還是堅持電磁波在本質(zhì)上是連續(xù)的，只是假定當(dāng)它們與器壁振子發(fā)生能量交換時電磁能量才顯示出量子性。愛因斯坦對舊理論不是采取改進(jìn)的態(tài)度，而是要求弄清事物的本質(zhì)解決問題，他看出量子不是一個成功的數(shù)學(xué)公式，而是揭露光的本質(zhì)的手段。他克服了普朗克量子假說的不性，把量子性從輻射的機制引伸到光的本身上，認(rèn)為光本身也是不連續(xù)的，光不僅在吸收和發(fā)射時是量子化的，而且光的傳播本身也是量子化的。愛因斯坦的光