易·上头条

「科学」爱因斯坦因为它,获得人生中唯一诺奖,光电效应究竟是啥?

『易·上头条摘要_「科学」爱因斯坦因为它,获得人生中唯一诺奖,光电效应究竟是啥?』如斯出色的理论却没有获得诺贝尔奖。这个中有因为相对论太过超前,当时的技巧无法验证的原因。也有因为诺奖委员会过于保守的原因。还有因为爱因斯坦是犹太人的身分。然则爱因...



爱因斯坦是迄今为止最伟大的科学家之一 。 其实 , 小编觉得完全可以把“之一”去掉 。 这位科学巨匠所缔造的相对论扩展了牛顿的时空观,将我们的宇宙描述成三维的空间加上一维的时间所构成的四维时空 。 相对论对时空和物质的诠释更是堪称经典——时空告诉物质如何运动 , 物质告诉时空如何弯曲 。

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如此出色的理论却没有获得诺贝尔奖 。 这其中有因为相对论太过超前 , 当时的技术无法验证的原因 。 也有因为诺奖委员会过于保守的原因 。 还有因为爱因斯坦是犹太人的因素 。 但是爱因斯坦的声望与日俱增 , 若诺奖委员会再不把诺奖颁给爱因斯坦 , 其权威性将大打折扣 。 最后 , 委员会想到一个折中、保险的办法 , 就是授予爱因斯坦诺贝尔物理学奖 , 但只字不提相对论 , 而是因为他在1905年提出光量子假说 , 成功解释了光电效应 。

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爱因斯坦仅仅因为光电效应获得过一次诺奖 , 这不免让人为他和他的相对论感到惋惜 。

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话分两端 , 我们看一些荒野求生的影视剧 , 会有这样一个现象 。 主角流落到大洋中的一个荒岛上 , 为了求生 , 必须先点起一堆篝火 。 正值晌午 , 烈日当空 。 主角找到易燃的柴草 , 取出放大镜 , 让阳光通过放大镜(凸透镜) , 聚焦成一束拥有高热的光线 , 最后照到柴草上 , 将之引燃 。 太阳越大 , 阳光越强 , 温度提升得就越快 。 我们就越容易将柴草点燃 。

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回到我们今天谈的光电效应 。 1887年 , 赫兹首先发现了光电效应 。 简而言之 , 就是当我们用光去照射金属板的时候 , 金属板上的电子就会被撞飞出去 。

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这个现象乍一看 , 和用放大镜引燃柴草类似 , 没什么怪异之处 。 可奇就奇在 , 当实验人员加强光的强度 , 按理说撞出来的光电子应该更多 。 就像我们用放大镜引燃柴草 , 阳光越强烈 , 其热度越高 , 柴草就越容易引燃 。 可光电效应奇了怪了 , 无论怎样加强光亮度 , 从金属表面飞出的光电子没有变化 。 但是当实验人员换成亮度较弱的紫光灯 , 撞飞出来的光电子瞬间激增 。

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许多理论物理学家 , 提出各种理论来解释这一奇怪的现象 , 都没有成功 。 其中 , 普朗克是最为接近真相的 。
1900年 , 普朗克研究黑体辐射发现光的能量并不是连续的 , 而是一份一份的 。 他提出量子能量公式E=hv 。 这个公式十分重要 , 爱因斯坦根据这一公式迈出了成功解释光电效应最为关键的一步 。

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E表示光量子具有的能量 , h是普朗克常数 , v是电磁波(光)的频率 。 E=hv , 告诉我们 , 光量子具有的能量大小与光的频率是密切相关的 , 而与光的亮度无关 。 紫外线的频率高于我们的可见光 , 所以它携带的能量较大 , 拥有了更大的能量 , 冲撞力就更猛 。 当然撞出来的光电子就更多 。

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在电磁波中 , X射线、γ射线的频率比紫外线还要高 。 显而易见 , 它们的光电效应会更加强烈 。 而我们前文提到的利用放大镜引燃柴草是属于光热效应 。 这两者看似相似 , 却有着本质的不同 。

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1905年 , 爱因斯坦发表了论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》 , 提出光量子假说 , 不仅成功解释了光电效应 , 还撞开了量子世界的大门 。 虽然爱因斯坦后来一直质疑量子力学的完备性 , 但他确实是这一学科的开创者之一 。

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