M6米乐爱因斯坦的光量子论和光的波粒二象性
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M6米乐爱因斯坦的光量子论和光的波粒二象性第一个把量子概念认真贯彻下去,并努力加以发展,使物理学家们认识到它的重要性的是爱因斯坦。他意识到,量子概念带来的米乐m6官网,将是整个物理学的根本变革,需要建立新的理论基础,而不是某些定律的局部修改。他不满足普朗克把能量不连续性只局限于辐射的发射和吸收过程,而认为即使在空间中传播的过程中,辐射也是不连续的,是由不可分割的能量子组成的。在着手写狭义相对论论文前的3个月(1905年3月),他写了一篇题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文,阐述了这一观点米乐m6官网登录入口。由于这一观点同19世纪已取得绝对胜利并为大量实验所证实的光波动论和麦克斯韦的电磁理论是完全对立的,爱因斯坦在当时意识到这篇论文是“非常的”。他指出M6米乐,关于光的产生和转化的瞬时现象,波动论的结论同经验不相符;要解释这类现象,只能假设光是由能量子所组成。这种能量子,他称为“光量子”,对于频率为v的辐射米乐m6,它的一个光量子的能量就是hv,以后人们称光量子为“光子”,这是美国化学家路易斯于1926年取的名字。
光量子论的提出米乐m6手机版,意味着早在半个多世纪前已被彻底推翻了的牛顿的光的发射论(微粒说)在某种意义上的复活,使当时占绝对统治地位的波动论出现了对立面。不过,爱因斯坦并不是简单地回到牛顿的发射论,对波动论采取排斥态度,而认为两者都各自反映了光的本质的一个侧面:对于统计的平均现象M6米乐,光表现为波动;对于瞬时的涨落现象M6米乐,光表现为粒子。这是人类认识自然界的历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的对立统一,即“波粒二象性”。以后发展的历史表明,波粒二象性是整个微观世界的最根本的特征M6米乐,因而也是微观物理理论的最基本的概念米乐m6官网登录入口。
作为光量子论的一个推论,爱因斯坦在这篇论文的最后讨论了光电效应,彻底地解决了这个为古典理论无法下手的问题。说来也凑巧,这个打破麦克斯韦电磁理论缺口的光电效应米乐m6官网,却正是赫兹在证实麦克斯韦电磁波理论的实验中首先发现的。赫兹于1887年无意中观察到,当接收电磁波的装置受到紫外线照射时米乐m6手机版,就容易出现电火花。在发现电子以后,人们知道这是由于紫外线把空气分子中的电子驱逐出来米乐m6官网登录入口。1902年,赫兹原来的助手,以后成为希特勒的狂热信徒的德国实验物理学家勒纳德用各种频率的光照射钠汞合金米乐m6手机版米乐m6手机版,发现只有频率高于一定下限的光才能放逐出电子;而被放逐出的电子的速度只同光的频率有关,同光的强度无关。这种现象,麦克斯韦理论根本无法解释M6米乐,爱因斯坦却能用光量子论轻而易举地给以完美的说明,并推导出光电子的最大能量同入射光的频率之间的关系。光电效应的研究和应用以后发展成光电池、有声电影、电视等技术,对现代人类的文明生活和太阳能的利用有十分密切的关系。
光量子论的出现,受到了几乎所有老一辈物理学家的反对。首先提出量子概念,并且对相对论一开始就表示热烈支持的普朗克,一直到1913年,对光量子论都感到难以容忍,认为这是爱因斯坦在思辨中迷失了方向米乐m6官网。一般物理学家对光量子论的态度的改变,主要是通过美国两个实验物理学家密立根和康普顿的工作米乐m6。密立根是以精密测定电子电荷(1910年)而闻名的,原来并不相信光量子论,曾花了10年时间来检验爱因斯坦的光电效应公式,结果同他的“一切希望相反”,“1915年不得不断言它的无歧义的实验证实”。康普顿于1922年发现康普顿效应(X射线被自由电子散射时波长要增大)时,仍然不信光量子论,经过多方探索,终于认识到这一效应只能用光量子论来解释。由此,康普顿效应成了光量子论的判决性实验米乐m6手机版,被物理学家公认为光量子存在的确凿证据。可是还有少数物理学家仍是怀疑光量子论,并且进而怀疑能量和动量守恒定律的严格有效性。1925年,德国和美国两组物理学家分别进行了实验,一致否定了这种怀疑,肯定了光量子论米乐m6,也肯定了微观客体的基元过程仍然严格遵守能量和动量守恒定律M6米乐M6米乐,这场争论才告结束。
继光量子论之后,1906年米乐m6手机版,爱因斯坦又把量子概念推广到辐射领域以外,用来解决低温时的固体比热问题;而这一问题正构成了开尔文1900年4月报告中所说的19世纪的两朵乌云之一。1912年M6米乐M6米乐,爱因斯坦又把量子概念用于光化学现象,提出光化学当量定律米乐m6手机版,建立了光化学的理论基础米乐m6手机版。因此可以说,量子论创立以后10年,它的发展主要应归功于爱因斯坦;至于下一阶段(1913~1920)则以丹麦物理学家玻尔的贡献最为突出米乐m6手机版。