文档介绍：上次说到,爱因斯坦提出了光量子的假说,用来解释光电效应中无法用电磁理论说通的现象。
然而,光量子的概念却让别的科学家们感到非常地不理解。光的问题不是已经被定性了吗?难道光不是已经被包括在麦克斯韦理论之内,作为电磁波的一种被清楚地描述了吗?这个光量子又是怎么一回事情呢?
事实上,光量子是一个非常大胆的假设,它是在直接地向经典物理体系挑战。爱因斯坦本人也意识到这一点,在他看来,这可是他最有叛逆性的一篇论文了。在写给好友哈比希特()的信中,爱因斯坦描述了他划时代的四篇论文,只有在光量子上,他才用了“非常革命”的字眼,而甚至相对论都没有这样的描述。
光量子和传统的电磁波动图象显得格格不入,它其实就是昔日微粒说的一种翻版,假设光是离散的,由一个个小的基本单位所组成的。自托马斯&#8226\;杨的时代又已经过去了一百年,冥冥中天道循环,当年被打倒在地的霸主以反叛的姿态再次登上舞台,向已经占据了王位的波动说展开挑战。这两个命中注定的对手终于要进行一场最后的决战,从而领悟到各自存在的终极意义:如果没有了你,我独自站在这里,又是为了什么。
不过,光量子的处境和当年起义的波动一样,是非常困难和不为人所接受的。波动如今所占据的地位,甚至要远远超过100年前笼罩在牛顿光环下的微粒王朝。波动的王位,是由麦克斯韦钦点,而又有整个电磁王国作为同盟的。这场决战,从一开始就不再局限于光的领地之内,而是整个电磁谱的性质问题。而我们很快将要看到,十几年以后,战争将被扩大,整个物理世界都将被卷入进去,从而形成一场名副其实的世界大战。
当时,对于光量子的态度,连爱因斯坦本人都是非常谨慎的,更不用说那些可敬的老派科学绅士们了。一方面,这和经典的电磁图象不相容;另一方面,当时关于光电效应的实验没有一个能够非常明确地证实光量子的正确性。微粒的这次绝地反击,一直要到1915年才真正引起人们的注意,而起因也是非常讽刺的:美国人密立根()想用实验来证实光量子图象是错误的,但是多次反复实验之后,他却啼笑皆非地发现,自己已经在很大的程度上证实了爱因斯坦方程的正确性。实验数据相当有说服力地展示,在所有的情况下,光电现象都表现出量子化特征,而不是相反。
如果说密立根的实验只是微粒革命军的一次反围剿成功,其意义还不足以说服所有的物理学家的话,那么1923年,康普顿()则带领这支军队取得了一场决定性的胜利,把他们所潜藏着的惊人力量展现得一览无余。经此一役后,再也没有人怀疑,起来对抗经典波动帝国的,原来是一支实力不相上下的正规军。
这次战役的战场是X射线的地域。康普顿在研究X射线被自由电子散射的时候,发现一个奇怪的现象:散射出来的X射线分成两个部分,一部分和原来的入射射线波长相同,而另一部分却比原来的射线波长要长,具体的大小和散射角存在着函数关系。
如果运用通常的波动理论,散射应该不会改变入射光的波长才对。但是怎么解释多出来的那一部分波长变长的射线呢?康普顿苦苦思索,试图从经典理论中寻找答案,却撞得头破血流。终于有一天,他作了一个破釜沉舟的决定,引入光量子的假设,把X射线看作能量为hν的光子束的集合。这个假定马上让他看到了曙光,眼前豁然开朗:那一部分波长变长的射线是因为光子和电子碰撞所引起的。光子像普通的小球那样,不仅带有能量,还具有冲量,当它和