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1.36 解析光电效应

1.36解析光电效应侯工光电效应是一个神奇的现象 。 在高于某特定频率的光照射下 ， 某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流 。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现 ， 人们因此认为光有波粒二象性 ， 即光既是波又是粒子 。其实 ， 波与粒子是矛盾的 。 波的传播 ， 就像水波一样 ， 是水的振动 ， 水的分子并没有随着水波传播 。 同理 ， 光是一种电磁波 ， 是宇宙球面中的最小粒子振动 ， 最小粒子也不会随着光波传播 。既然认为光子是有质量的粒子 ， 就不可能一边“上下（前后）”摆动 ， 一边向“前”移动 ， 根据最节省能量的原则 ， 有质量的粒子的运动是走捷径的 ， 而波动不是捷径 ， 波动定义为质点在原地有规律的摆动 ， 所以粒子的单向运动与波动是不可能共同进行的 。光波遇到较小的障碍物可以绕过去 ， 粒子就不能了 。如果光束是由粒子组成 ， 将光束照射于一条狭缝 ， 通过狭缝后 ， 在探射屏应该会观察到对应于狭缝尺寸与形状的图样 。 可是 ， 实际进行这单缝实验时 ， 探测屏显示出衍射图样 ， 光束会被展开 ， 狭缝越狭窄 ， 则展开角度越大 。 在探测屏上显示出 ， 在中央区域有一块比较明亮的光带 ， 旁边衬托著两块比较暗淡的光带 ， 说明光是波而不是粒子 。如果光束是由粒子组成 ， 将光束照射于两条相互平行的狭缝 ， 则在探射屏上会观察到两个单缝图样 。 但实际并不是这样 ， 在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样——波干涉效应 。以上这些实验结果意味着光是一种振动波 。用双缝实验来检试电子的物理行为 ， 发现电子也会发生干涉现象 。 1974年 ， 皮尔·梅利（Pier Merli)， 在米兰大学的物理实验室里 ， 成功的将电子一粒一粒的发射出来 。 在探测屏上 ， 他也明确地观察到干涉现象 ， 这又是什么原因呢？电子是公认的粒子 ， 但是电子运动是半奇数形式的 ， 一边自旋一边作线性运动 ， 这样就产生了波动 。 电子的波粒二像性是由电子的特殊结构和运动方式决定的 ， 而光就没有这样的结构和运动方式 。既然没有光子 ， 光电效应就不是由光子引起的 。 那么是由什么引起的？——是由光的频率引起的 。事实上 ， 由于电子的固有频率与光的频率产生共振或谐振 ， 使其能量增大逸出原子而成为自由电子 ， 从而形成光电效应 。光电效应与光波的频率有关 。 马克斯·普朗克发现的普朗克关系式E=hv （h为普朗克常数 ， v为光波频率） ， 将电子逸出能量 E与光波频率 v关联在一起 ， 而与“光粒子”（质量）无关 ， 说明光电效应是电子对光波的频率响应而导致的共振现象 。 同时说明光电效应不能证明光的粒子说 ， 因为 ， 光电效应必须要达到一定频率的光 。 如果存在光子 ， 只要普通的光就可以了 。再说 ， 光是由电子跃迁产生的 。 电子由5个最小粒子构成 。 最小粒子是不可再分割的粒子 。 如果电子在跃迁时放出光子 ， 这些光子从何而来？如果从电子来 ， 一个电子只能放出5个光子 ， 那么光源很快就消耗殆尽了 。由此可见 ， 光电效应证明光的波动性 ， 因为这里不需要粒子的特征——质量 ， 只需要波动的特征——频率 。 在光电效应中 ， 与粒子无关 ， 与光的强度也无关 。 达到或超过一定频率阈值的光可以使电子获得逃逸所需的能量 ， 这就是光电效应的实质 。


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