2021年愛因斯坦的光量子理論

1、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， 1905年愛因斯坦在普朗克能量子假說的基礎(chǔ)上提出了光量子假說。 愛因斯坦大膽假設：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Eh，根據(jù)相對論的質(zhì)能關(guān)系式，每個光子的動量為 pE/ch/ 列別捷夫（.

2、l8661911）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公式。 光量子假說成功地解釋了光電效應。當紫外線這一類的波長較短的光線照射金屬表面時，金屬中便有電子逸出，這種現(xiàn)象被稱為光電效應。它是由赫茲（H.R.Hertz l857 _4）和勒納德（P.Lenard l8621947）發(fā)現(xiàn)的。光電效應的實驗表明：微弱的紫光能從金屬表面打出電子，而很強的紅光卻不能打出電子，就是說光電效應的產(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)

3、，而和光的頻率即顏色無關(guān)，如果微弱的紫光能從金屬表面打出電子來，則很強的紅光應更能打出電子來，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。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達到一定數(shù)值才能克服電子的逸出功，從金屬表面打出電子來。微弱的紫光雖然數(shù)目比較少，但是每個光量子的能量卻足夠大，所以能從金屬表面打出電子來；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，不足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)的光電效應導致了微粒說的復活。 從

4、當時的觀點看來光量子假說同光的干涉事實矛盾，許多物理學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。 美國物理學家米立肯（R.A.Millikan l8681953）在電子和光電效應的研究方面做出了杰出的貢獻。他曾花費十年時間去做光電效應實驗。最初他不相信光量子理論，企圖以實驗來否定它，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公式。

5、他根據(jù)光量子理論給出了h值的測 定，與普朗克輻射公式給出的h值符合得很好。19221923年間，康普敦（A.H.Compton l _21962）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。光的波動說無論如何也不能解釋這種效應，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，將把自己的一部分能量給了電子，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發(fā)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良的態(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。愛因斯坦的光量子