光的故事（八）
前情提要
經(jīng)過(guò)法拉第，麥克斯韋，赫茲等人的不斷努力，人們發(fā)現(xiàn)光是電磁波的一種，光的波動(dòng)說(shuō)變得牢不可破，但是一個(gè)陰影在角落里發(fā)芽。
赫茲在做電磁波實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。
為了能更清楚的看到電火花，他把這個(gè)實(shí)驗(yàn)放在完全黑暗的盒子里，此時(shí)卻發(fā)現(xiàn)電火花的能夠傳遞的距離縮小了，必須讓兩個(gè)小球之間的距離變的更短才能接收到電火花。如果有光照的話，反而接收器更容易接收到電火花。
赫茲對(duì)這個(gè)現(xiàn)象百思不得其解，寫(xiě)下了一篇論文《論紫外光在放電中產(chǎn)生的效應(yīng)》，赫茲發(fā)現(xiàn)如果有紫外線照射實(shí)驗(yàn)設(shè)備，會(huì)讓實(shí)驗(yàn)效果更好。
在當(dāng)時(shí)，這個(gè)論文沒(méi)有引起太多的關(guān)注，因?yàn)殡姶挪ㄊ莻€(gè)更激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)殡姶挪ǖ陌l(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了一系列重大發(fā)明，里面蘊(yùn)含著巨大商機(jī)。
就連赫茲自己都不知道，他已經(jīng)觸摸到了量子物理的潘多拉魔盒。
當(dāng)然，還是有一些潛心研究的物理學(xué)家，對(duì)這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生了興趣，做了一系列實(shí)驗(yàn)。
人們發(fā)現(xiàn)只要紫外線照射金屬表面，金屬表面就會(huì)帶正電，好像負(fù)電飛走了一樣，當(dāng)時(shí)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電子，只能說(shuō)是負(fù)電失去了。不同的金屬效果也不一樣，鉀鈉鎂鋁這類活潑金屬更容易失去負(fù)電。
1897年，湯姆遜在研究了陰極射線后發(fā)現(xiàn)了電子，人類開(kāi)始使用電子的概念，來(lái)描述之前的負(fù)電。
上面的實(shí)驗(yàn)也有了進(jìn)一步發(fā)展，人們終于搞清楚，當(dāng)紫外線照射金屬表面時(shí)，會(huì)讓金屬里的電子不知道出于什么原因，逃出金屬表面，因?yàn)楣夂碗娺@種奇妙聯(lián)系，人們給這個(gè)實(shí)驗(yàn)取了一個(gè)名字“光電效應(yīng)”。
隨著實(shí)驗(yàn)越做越多，人們的困擾也越來(lái)越多。光能否從金屬表面把電子打擊出來(lái)，只跟光的頻率有關(guān)系。如果頻率不夠高，照一年也照不出電子。而且這跟光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，最弱的紫外線也能打擊出電子，再?gòu)?qiáng)的紅外線也做不到這一點(diǎn)。
沒(méi)人知道，這是什么原因。
我們暫時(shí)拋開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，去迎接20世紀(jì)的到來(lái)，一個(gè)嶄新的時(shí)代開(kāi)啟了。
19世紀(jì)剛過(guò)，一個(gè)不算年輕的科學(xué)家走上歷史舞臺(tái)，他的名字叫普朗克。1900年，普朗克在研究物體熱輻射的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，只有假定電磁波的吸收和發(fā)射不是連續(xù)的，而是一份一份的，計(jì)算的結(jié)果才能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
1900年12月14日，人們正在準(zhǔn)備歡度圣誕節(jié)。這一天，普朗克拋出了他那篇名垂青史的《黑體光譜中的能量分布》一文，提出了能量子的概念，后來(lái)被改名為量子，這一天后來(lái)被認(rèn)為是量子物理的誕生日。
普朗克
這個(gè)量子是能量的最小單位，能量的傳遞不是連續(xù)的，在細(xì)分到一定程度之后，不能再分割。所有的能量都是以這個(gè)量子為基本單位的整數(shù)倍，我們可以傳遞1個(gè)量子，一千個(gè)量子，但是不能傳遞半個(gè)量子也不可以傳遞999個(gè)半量子。
量子概念的提出，是開(kāi)天辟地的，因?yàn)檫@顛覆了人類的認(rèn)知。物理學(xué)發(fā)展到這會(huì)，人們有一個(gè)從來(lái)沒(méi)有懷疑過(guò)的概念，那就是我們的世界是連續(xù)的。這是自牛頓創(chuàng)世以來(lái)幾百年，物理學(xué)中被認(rèn)為堅(jiān)不可摧想都不用去想的一個(gè)概念。
但是普朗克提出的概念，說(shuō)的是我們這個(gè)世界不是連續(xù)的，是一份一份的。
如同一顆驚天炸雷響徹世間，量子物理的潘多拉魔盒被打開(kāi)了。
當(dāng)然，推翻經(jīng)典物理的基石沒(méi)有這么容易。就是普朗克自己都不愿意對(duì)這個(gè)問(wèn)題做深思，只是把這個(gè)作為數(shù)學(xué)上為了方便計(jì)算引入的一個(gè)概念。他被這個(gè)離經(jīng)叛道的概念深深困擾，以至于他自己都在不斷強(qiáng)調(diào)，這只是一個(gè)概念，不要想太多。
在普朗克發(fā)表他這篇論文的同一年，一個(gè)青年人大學(xué)畢業(yè)了，他正在為生計(jì)發(fā)愁，因?yàn)樗也坏焦ぷ鳌４龢I(yè)了將近一年后，在一個(gè)朋友的幫助下，他找到了一份專利局的技術(shù)員的工作。在專利局期間他用大把大把的時(shí)間思考最前沿的物理問(wèn)題。幾年后，這個(gè)專利局的技術(shù)員震驚了世界，他的名字直到一百年后的現(xiàn)在，變的家喻戶曉，這個(gè)名字叫愛(ài)因斯坦。
年輕時(shí)候的愛(ài)因斯坦
1905年，這一年在物理學(xué)史上有個(gè)專門(mén)名稱——“愛(ài)因斯坦奇跡年”。整個(gè)物理學(xué)史上也許只有牛頓在鄉(xiāng)下躲避瘟疫的那一年可以媲美。
這一年愛(ài)因斯坦發(fā)表了五篇論文，還有一篇是下一年年初發(fā)表，如果不嚴(yán)格定義，那就是六篇論文。每一篇都是驚世之作，都能夠去角逐諾貝爾獎(jiǎng)。
其中一篇叫做《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)》，這篇論文中，愛(ài)因斯坦從普朗克的量子假設(shè)出發(fā)，解釋了光是一群離散的量子，而不是連續(xù)性的波，每一個(gè)量子擁有的能量等于頻率和普朗克常量的乘積。
只有當(dāng)單個(gè)光量子達(dá)到一定的能量級(jí)別才能夠讓金屬表面的電子逃逸，造成光電效應(yīng)。如果單個(gè)光量子達(dá)不到這個(gè)能量級(jí)別，照射再多也沒(méi)有用，完美的解釋了光電效應(yīng)的問(wèn)題。
當(dāng)然，理論的提出并不會(huì)讓人就立即接受。
就像麥克斯韋預(yù)言了電磁波，直到赫茲找到電磁波才能讓世人接受。
過(guò)了十年多，美國(guó)科學(xué)家密立根發(fā)表了一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋，并重新測(cè)量了普朗克常數(shù)。這之后，到了1921年，愛(ài)因斯坦因?yàn)楣怆娦?yīng)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。
光是一種電磁波這個(gè)結(jié)論變得不可動(dòng)搖的時(shí)候，光量子的提出，又讓大戰(zhàn)一觸即發(fā)，光如果是一種波，那么光量子算什么？
光到底是波還是粒子？這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)變的糾纏不清了，波動(dòng)派有強(qiáng)大的理論和實(shí)驗(yàn)支持，微粒派也有強(qiáng)大的理論和實(shí)驗(yàn)支持。雙方?jīng)Q定握手言和，得出了最終的結(jié)論，光具有波粒二象性，既是波又是粒子。
不止是光具有這個(gè)特性，之后掀起滔天巨浪的量子物理里，所有微觀的粒子都具有波粒二象性。至此，光學(xué)之爭(zhēng)，也算基本結(jié)束了。
而人類踏入了新的理論領(lǐng)域，量子物理席卷了整個(gè)物理學(xué)，這里是一個(gè)跟我們常識(shí)完全不同的領(lǐng)域。
我們?cè)诮?jīng)典物理中學(xué)到的很多東西，在量子物理領(lǐng)域都是不成立的，未來(lái)合適的機(jī)會(huì)，我們會(huì)一起了解這塊神秘的領(lǐng)域。
這幾百年的光之戰(zhàn)爭(zhēng)，幾乎物理學(xué)的每一個(gè)大神都牽扯了進(jìn)來(lái)，他們用自己的智慧和執(zhí)著，去孜孜不倦的探索這個(gè)世界的本源，推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)不斷的進(jìn)步。
到如今依舊有很多未解之謎，但是人類不會(huì)停止探索。
也許未來(lái)有一天，聽(tīng)我們說(shuō)這段歷史的你也會(huì)變成那顆閃閃發(fā)光的巨星。
