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读书 “量子物理史话”(二):爱因斯坦解说的光电效应

时间: 2024-01-14 11:25:29 |   作者: fun88体育官网登录

  下面的内容作为文娱就好,我仅具有高中常识,没有才能做谨慎叙说。对咱们普通人而言,了解一些量子物理常识,能够在与朋友聊地利显得博学一些,至少不会被那些纸上谈兵者吓到。假如您还能够注意到,某个无知的人是怎样承受新常识的,那是我的侥幸。本文的科普内容首要出自曹天元所著“量子物理史话”,这是读后感。厌弃我的文字或想了解更多常识,能够去读原著,那是真实的科普。

  1905年,一位专利局的小职工一口气宣布了六篇论文,轰动了物理学界。其间一篇标题叫做“关于光的发生和转化的一个启发性观念”的论文为他赢得了诺贝尔奖----或许仅仅是为了给他发个诺贝尔奖才挑选了这篇争议较小的论文,但这篇论文假如放在他人身上必定值得获奖。

  阿尔伯特-爱因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)

  此前,人们发现了“光电效应”,当光照射到金属上,会从它的外表打出电子来。这个咱们很简略承受,现在的太阳能电池,光伏发电都是根据这个原理。

  但一起,呈现了一个令人困惑的现象:能否打出电子,只和光的频率有关,与强度无关,对特定金属,再弱的紫外线也能打出电子,而再强的红光也不可。而光线的强度,只能添加打击出电子的数量。这与常识性的了解恰好相反。

  举个日子中的例子来了解究竟哪里失常。假定咱们用锤子击打石板,所用的力气代表能量,便是光的强度;单位时刻击打次数对应的是光的频率。咱们会以为用的力气越大,石板越简略碎裂,才或许会发生碎屑;击打的次数越多,发生的碎屑越多。但类比光电效应时恰好相反,不管用多大的力气,只需单位时刻击打的次数低,就没有碎屑发生;而只需击打得足够快,不管力气多弱,石板都会当即碎开。别的,到达能够敲碎石板的频率时,力气越大,发生的碎块越多;而不是敲的频率越高,碎块越多。

  怎样用经典麦克斯韦理论解说这个现象成为一个难题,但爱因斯坦没做这样的尽力,他从故纸堆中翻出了被大部分威望以及普朗克自己萧瑟在一边的论文,引用了E=hv(E是单个量子的能量,v代表频率,h是普朗克常数)这个公式,轻松处理了这个难题。

  爱因斯坦的假定是:光线传达时,它的能量不是接连散布的,而是由一些“能量子”所组成。这些能量子不可分割,只能整份地被吸收或发射。所以,频率高的光线,单个能量子含有更高的能量(E=hv),能够激宣布电子,而低频光的每一个能量子都不足以激宣布电子。光的强度是含有多少能量子,强光含有更多的能量子,所以高频强光能激宣布更多电子,而低频光不管多强,都无法激宣布电子。组成光的能量的这种最小单位,被爱因斯坦称为“光量子”,后来被换作今日常用的名词:光子。

  就这么简略?听起来的确不难,但光量子的提出轰动了整个物理学界。且不说此前光现已被定性为波,现在粒子说和动摇说又要重启纷争;在这篇论文的启发下,物理学家们开端将量子概念引进其它全部的范畴,体现都让人刮目相看,物理学的量子年代就要敞开了。

  假如“民科”这个职业要供奉一位祖师爷,爱因斯坦或许是最佳人选。他在专利局的作业室里一个人用纸和笔在一年中完成了6篇论文,除上面这篇外,丈量分子巨细的论文为他赢得博士学位,两篇关于布朗运动的,一篇“论运动物体的电动力学”被后来称作“狭义相对论”,还有一篇关于物体惯性和能量的联系,其间提出了质能方程。

  在人们的心目中,爱因斯坦是“天才”最好的诠释。不过,我了解的常识都将他的作业指向为“成衣”。从麦克斯韦方程中截取“光速是常数,没有参照系”,与“洛伦兹变换”拼在一起,就有了相对论;而光量子的提出,仅仅引用了他人在黑体辐射范畴总结出的一个中学生也能看懂的公式。

  咱们看到,爱因斯坦创造性的发现都来自于已有的常识。或许,福尔摩斯的一句话是对创造性的最佳诠释:“扫除全部不或许的,剩余的即便再不或许,那也是本相。”那个最具创造性的本相永久都在咱们的挑选范围内,仅仅看谁有“才能”和“胆量”去扫除全部不或许。“才能”是傻傻的练出来的,“胆量”或许来自天分,或许仅来自于承受常识时保留了合理的置疑。

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