上個(gè)視頻我們說(shuō)了，愛(ài)因斯坦不同尋常的求學(xué)之路，在1900年7月畢業(yè)以后，到1902年6月去伯爾尼專(zhuān)利局上班，這兩年間可能是愛(ài)因斯坦人生中最迷茫的時(shí)期。

愛(ài)因斯坦沒(méi)能走上一條正常的學(xué)術(shù)道路，不過(guò)去專(zhuān)利局上班可能更適合他，而不是給別人當(dāng)助教、或者是去實(shí)驗(yàn)室當(dāng)個(gè)助手之類(lèi)的，

因?yàn)閻?ài)因斯坦的性格就不是那種能輕易接受約束和管教的人，在專(zhuān)利局完成工作以后，可以有閑暇的時(shí)間，不受約束的去思考自己心中的物理學(xué)。

1905年，愛(ài)因斯坦已經(jīng)在專(zhuān)利局待了三年的時(shí)間，這一年愛(ài)因斯坦像是得到了上帝的啟示，3月18號(hào)到6月30號(hào)，在德國(guó)《物理學(xué)年鑒》上連發(fā)了四篇論文，之后的9月又補(bǔ)發(fā)了一篇比較簡(jiǎn)短的論文，作為其中一篇論文的補(bǔ)充。

除了這5篇論文以外，愛(ài)因斯坦還在這一年寫(xiě)了21篇書(shū)評(píng)，在科學(xué)史上只有牛頓的成就才能與這一年的愛(ài)因斯坦相媲美。

現(xiàn)在看來(lái)愛(ài)因斯坦的5篇論文，每一篇都足以讓他名垂青史，3月18號(hào)的論文題目是《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀(guān)點(diǎn)》，這個(gè)論文的題目比較有趣，也是我們今天的主題：光量子。

4月30號(hào)的論文提出了測(cè)量分子大小的新方法，這是他的博士論文；5月11號(hào)的論文是關(guān)于對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的解釋?zhuān)@篇論文成為了原子存在的最好證據(jù)。

6月30號(hào)的論文題目是《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，這篇論文解決了經(jīng)典電磁學(xué)和經(jīng)典力學(xué)之間的矛盾，就是后來(lái)我們所說(shuō)的狹義相對(duì)論。

9月發(fā)的論文是對(duì)狹義相對(duì)論的補(bǔ)充，里面提出了我們最熟悉的質(zhì)能方程。順便解決了超光速的問(wèn)題，就是有質(zhì)量的物體不可能通過(guò)有限的能量達(dá)到光速。

在這5篇論文中，愛(ài)因斯坦曾給自己的朋友哈比希特說(shuō)，第一篇論文完全屬于自己的原創(chuàng)思想，極具開(kāi)創(chuàng)性和顛覆性，完全夠得上是異端邪說(shuō)。

而關(guān)于相對(duì)論，愛(ài)因斯坦則輕描淡寫(xiě)，認(rèn)為這只是對(duì)前人思想的總結(jié)和修正而已。

這里再?gòu)?qiáng)調(diào)一下，普朗克只是把能量吸收和釋放的過(guò)程量子化了，而愛(ài)因斯坦在論文中采取了不同的方法，也得出了一個(gè)公式，和普朗克公式E=hv數(shù)學(xué)形式不同，但完全等價(jià)。

愛(ài)因斯坦公式與普朗克公式的物理意義也不同，即，能量本身就是量子化的，最小的一個(gè)量份為hv，稱(chēng)為光量子。

所以說(shuō)，光量子是愛(ài)因斯坦的原創(chuàng)思想，由于愛(ài)因斯坦獨(dú)立推導(dǎo)出了E=hv，賦予了它新的物理學(xué)意義，因此這個(gè)公式也被稱(chēng)為普朗克-愛(ài)因斯坦公式。

愛(ài)因斯坦在光量子論文的題目上表現(xiàn)得非常謹(jǐn)慎，他知道自己的論文發(fā)出以后肯定會(huì)挨噴。

因此愛(ài)因斯坦含蓄地給論文的題目加了三個(gè)字：?jiǎn)l(fā)性！意思就是說(shuō)，我只是提出了一個(gè)解決問(wèn)題的辦法，大家可以嘗試一下，關(guān)于光量子是不是真實(shí)存在，我沒(méi)有實(shí)驗(yàn)證據(jù)，把握不住，大家可以幫忙把握一下，請(qǐng)不要噴我。

愛(ài)因斯坦的擔(dān)心并不是多余的，從光量子假設(shè)提出以后的20年間，基本上沒(méi)有人相信，普朗克堅(jiān)決反對(duì)，波爾也一樣，不相信光量子理論。

在論文中，愛(ài)因斯坦為了使得光量子更具有說(shuō)服性，他還解釋了19世紀(jì)遺留下來(lái)的一個(gè)物理學(xué)難題，也是我們前面的視頻中提到的一朵小烏云：麥克斯韋電磁理論在光電效應(yīng)上的難題。

光電效應(yīng)最早在1887年被赫茲無(wú)意中發(fā)現(xiàn)，1902年赫茲的前助理菲利普·萊納德重新就這個(gè)問(wèn)題做了系統(tǒng)性的研究，并發(fā)現(xiàn)了與現(xiàn)有物理學(xué)相矛盾的地方。

根據(jù)麥克斯韋電磁理論光是一種波，能量可以連續(xù)地被吸收和釋放，而且在經(jīng)典物理學(xué)里面波的能量跟頻率沒(méi)有關(guān)系，頻率只代表了在一定時(shí)間內(nèi)，通過(guò)一個(gè)點(diǎn)的波峰或者波谷的數(shù)量，真正和能量相關(guān)的是波幅，能量的大小和波幅的平方成正比。

比如湖面上的水波，上下起伏得越大，你的船就搖晃得越厲害，這就說(shuō)明波幅決定了波傳遞的能量大小。而在波幅很小的情況下，即使通過(guò)你的水波，頻率非常高，但是你的船依然可以紋絲不動(dòng)。

對(duì)于電磁波來(lái)說(shuō)，我們理所當(dāng)然地認(rèn)為光強(qiáng)，也就是光的亮度代表了光的能量，光越亮，能量越大。

那么這意味著，假如我們用紫外線(xiàn)照射金屬板，由于能量可以被連續(xù)地吸收并累積，因此可以打出全部的電子，現(xiàn)在我們提高光強(qiáng)，按理來(lái)說(shuō)，光的能量增加了，打出來(lái)的電子數(shù)量不會(huì)變化，但每個(gè)電子的能量應(yīng)該增大。

可實(shí)驗(yàn)顯示，打出來(lái)的電子能量沒(méi)有變化，數(shù)量卻增加了。愛(ài)因斯坦的光量子可以輕而易舉地解釋這個(gè)問(wèn)題，光強(qiáng)不代表光的能量，光強(qiáng)只代表了光量子的數(shù)量，光強(qiáng)增加了，光量子的數(shù)量也就增加了，打出來(lái)的電子就變多了。

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，紅光照射金屬板，不管光強(qiáng)多大，都不會(huì)打出電子，而用紫外線(xiàn)照射，在亮度很小的情況下，就可以打出電子。

也就是說(shuō)，能不能打出電子跟光強(qiáng)沒(méi)有關(guān)系，只跟頻率有關(guān)系，只要頻率夠，再怎么弱的光，哪怕弱到每次只發(fā)射一個(gè)光量子，都可以打出一個(gè)電子。如果頻率不夠，哪怕一次發(fā)射幾億個(gè)光子，都打不出來(lái)一個(gè)電子。

這種情況在生活中非常奇怪，比如說(shuō)，10個(gè)10歲的小孩力量加起來(lái)，應(yīng)該比一個(gè)20歲的成年人的力量大，但是一個(gè)20歲的成年人可以抬起一個(gè)桌子，可10個(gè)10歲的小孩合力也抬不起這個(gè)桌子，哪怕再來(lái)10億個(gè)這樣的小孩也抬不起來(lái)這個(gè)桌子。

愛(ài)因斯坦的光量子也可以解釋這個(gè)詭異的現(xiàn)象，不同顏色的光，它的能量跟頻率有關(guān)，每種金屬材料表面的電子都有一個(gè)最小的逸出功，如果一個(gè)光子的能量大于電子的逸出功，那么就可以打出電子。

如果光子的能量小于這個(gè)逸出功，那么再多的光子都打不出一個(gè)電子。

愛(ài)因斯坦還給出了一個(gè)光電效應(yīng)方程，溢出電子的動(dòng)能等于光子的能量減去電子的逸出功。

就算愛(ài)因斯坦在理論上完美地解決了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)所有的科學(xué)家都以一種懷疑和嘲諷的態(tài)度看待光量子。

美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密里根就說(shuō)，愛(ài)因斯坦的光量子跟已知的所有關(guān)于光的知識(shí)，比如干涉、衍射這些現(xiàn)象都相違背。

他為了找出愛(ài)因斯坦的錯(cuò)誤，就光電效應(yīng)方程做了10年的實(shí)驗(yàn)，最后發(fā)現(xiàn)這個(gè)方程準(zhǔn)確無(wú)誤，他也因此在1923年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

普朗克則說(shuō)，為了解釋光電效應(yīng)，將光量化完全沒(méi)有必要，能量只有在接受和釋放的時(shí)候才是量化的。

雖然普朗克堅(jiān)決反對(duì)光量子，但他還是被愛(ài)因斯坦關(guān)于相對(duì)論和布朗運(yùn)動(dòng)的論文所吸引，并給出非常高的評(píng)價(jià)，鑒于此，普朗克也同意了在德國(guó)《物理學(xué)年鑒》上發(fā)表光量子論文。

就單單這一點(diǎn)，我們還是要為普朗克點(diǎn)個(gè)贊，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)說(shuō)光是量子構(gòu)成的，就跟現(xiàn)在的老民科說(shuō)相對(duì)論是錯(cuò)誤的一樣。

科學(xué)界很難接受這樣的想法，從兩件事就可以看出來(lái)，1913年普朗克在提名愛(ài)因斯坦成為普魯士科學(xué)院成員的時(shí)候，在推薦書(shū)中，這樣寫(xiě)道：

現(xiàn)在的科學(xué)充斥著很多問(wèn)題，愛(ài)因斯坦這個(gè)年輕人在每個(gè)問(wèn)題上都做出了不可忽視的貢獻(xiàn)，雖然他有時(shí)候也會(huì)犯錯(cuò)誤，比方說(shuō)光量子這個(gè)假設(shè)，但是科學(xué)就是這樣，不大膽的猜測(cè)，不冒風(fēng)險(xiǎn)，很難實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，我們不應(yīng)該對(duì)他苛責(zé)過(guò)甚。

你看看，字里行間都充滿(mǎn)了對(duì)愛(ài)因斯坦的愛(ài)護(hù)，不過(guò)就是他的光量子，提不到桌面上。

還有一件事，是關(guān)于諾貝爾獎(jiǎng)的，愛(ài)因斯坦獲得了1921年的物理學(xué)諾獎(jiǎng)，這個(gè)獎(jiǎng)是在1922年同玻爾的諾獎(jiǎng)一塊頒發(fā)的。

到1921年的時(shí)候，愛(ài)因斯坦已經(jīng)成為了名譽(yù)全球的物理學(xué)家，與哥白尼和牛頓齊名，這得益于他的廣義相對(duì)論，諾獎(jiǎng)委員會(huì)一看，再不給愛(ài)因斯坦發(fā)獎(jiǎng)就有點(diǎn)說(shuō)不過(guò)去了。

不過(guò)令諾獎(jiǎng)委員會(huì)頭疼的是，以什么名義發(fā)給愛(ài)因斯坦？狹義相對(duì)論當(dāng)時(shí)無(wú)法驗(yàn)證，廣義相對(duì)論太過(guò)超前了，雖然1919年證實(shí)了星光彎曲，但是這個(gè)理論還有很多問(wèn)題沒(méi)有驗(yàn)證，發(fā)給廣義相對(duì)論覺(jué)得有點(diǎn)不保險(xiǎn)。

怎么辦？當(dāng)時(shí)就有人提議發(fā)給光電效應(yīng)，這個(gè)問(wèn)題密里根驗(yàn)證了10年絕對(duì)沒(méi)有問(wèn)題，諾獎(jiǎng)委員會(huì)經(jīng)過(guò)商議，覺(jué)得可行，但是為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，獲獎(jiǎng)的理由只字不提光量子，只說(shuō)了獎(jiǎng)給愛(ài)因斯坦在解釋光電效應(yīng)問(wèn)題上做出的突出貢獻(xiàn)。

這可是1922年啊，已經(jīng)距離愛(ài)因斯坦發(fā)表論文過(guò)去了17年的時(shí)間，那為什么所有的人都固執(zhí)地認(rèn)為光量子不存在，純粹是愛(ài)因斯坦的假設(shè)。

最后又是發(fā)生啥事，讓人們改變的光是連續(xù)波的固有看法，接受了光量子。

下個(gè)視頻，我們插播量子論的番外篇：第一次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)。

（本文內(nèi)容來(lái)源于李論科學(xué)，，如有侵權(quán)聯(lián)系刪除?。?/strong>