上期回顾：
量子世界历险记（一）：高山流水，恶魔出没
量子世界历险记（二）：大时代的小问题
量子世界历险记（三）：大幕拉开
量子世界历险记（额外）：普朗克公式如何结合维恩公式和瑞利公式
量子世界历险记（四）：大神的神谕
【本文标题】量子世界历险记（五）：奇迹之年
如果让公众选出近百年来最伟大的物理学家，那一定是他。
如果让公众选出过去两百年来最伟大的物理学家，那一定是他。
如果让公众选出过去三百年来最伟大的物理学家，那一定是他。
如果公众要选出过去四百年来最伟大的物理学家，那一定是牛顿和他。
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1905年，世界上没有发生什么特别大的事情。 在我国，现在是清朝光绪三十一年。 今年，我国第一条自建铁路——京张铁路开通，詹天佑担任总工程师。
詹天佑
然而，这看似平凡的一年，实际上在物理学史上非常有名。 为此，它有一个特殊的名字，叫做“奇迹年”。
有什么奇迹呢？
今年，瑞士首都伯尔尼专利局的一位三级技术人员发表了几篇文章。 当时，三级技师26岁。 顺便说一句，技术人员从高到低分为一级、二级、三级，其中三级是最小的。 共发表论文5篇，分别是：
“光与光的观点”
“新的”
“在小中，如在热中”
“关于”
“它身上有尸体吗？”
光看标题可能不太容易理解。 如果把每篇文章的内容都列出来就更清晰了：
第一章光电效应
第二部分，扩散速度的数学公式
第三篇布朗运动证明原子的存在
第四部分，狭义相对论
第五部分，质能方程E=mc^2
此后，他完成了十年的工作，于1916年发表了题为《广义相对论的基础》的文章，也就是《广义相对论》。
瑞士专利局的一名低层职员，一年之内在多个领域取得了开创性的成就。 这是奇迹吗？ 我觉得这真是太神奇了。
后来他还获得了一个诺贝尔奖——1921年的诺贝尔物理学奖。我之所以强调一次光电效应知识点，是因为我认为他可以多次获奖。 你知道他因哪项成就获得唯一的诺贝尔奖吗？
这是第一篇文章“光的产生和变换的启发性观点”，这是他对光电效应的原创解释。
光电效应
不用说他是谁吗？
阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）
爱因斯坦：我看起来像这样。 那时候的我好帅啊。
爱因斯坦这样解释光电效应：光不是源源不断的光源，而是被分成小包（）。 每个部分称为一个光子。 爱因斯坦最初将其命名为光量子（），后来被美国化学家刘易斯正式命名为光子（）。 每个光子携带的能量为 hυ，其中 υ 是其频率，h 是普朗克常数。 请注意，这里光子的能量仅与其频率υ有关。
当光子撞击金属表面时，其能量被金属表面上的电子吸收，导致电子获得额外的能量。 但电子吸收的光子能量只能被一块一块地吸收。 如果光子的频率很大，其携带的能量hυ足够大，那么电子就能获得足够的能量，挣脱原子核的束缚，逃离金属。 因此，即使光很弱，只要它的频率足够高，哪怕只有一个光子，也能将电子击落。
相反，如果入射光子的频率比较低，它携带的能量huυ就较少，电子每次只能吸收较少的能量。 请注意，该能量无法累积。 电子一次只能吸收一个光子的能量。 如果一次吸收不够，那就不够了。 即使有更多的光子过来，也无济于事。
这个有点像波浪和码头。 什么样的波浪可以把水推过码头？ 如果大浪袭来，水就会漫过码头； 小浪袭来，水也不能漫过桥墩。 这个比喻的关键在于：无论小浪袭来多少，水都不能漫过桥墩，无论小浪袭来多久光电效应知识点，水也不能漫过桥墩。 而且只需要一个大浪就能打湿码头。
这就是为什么当用紫外线（大υ）照射时，即使光线很弱，也能射出电子； 而用红光（小υ）照射时，即使光很强，即使长时间照射，也不能射出电子。 至于光的强度，更强的光可以发射更多的电子。
这个结论不仅适用于光，也适用于所有电磁波，因为麦克斯韦很早就告诉我们，光只是电磁波的一种。 由于电磁波是波，其波速、波长、频率之间的关系如下：
λ 是波长，υ 是频率。 对于电磁波来说，其传播速度就是光速 C.
爱因斯坦在解释光电效应方面取得了革命性的突破。 他对光的量子化解释彻底颠覆了经典的电磁辐射理论。 他因对光电效应的解释和对理论物理的贡献而获得1921年诺贝尔物理学奖。
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我们来看一下光电效应的数学表达式：光电效应方程。
光电效应方程
hυ 是光子能量，即光的频率或“颜色”。 Ek是电子的最大初始动能，即能够逃逸的电子所能获得的最大动能。 W0 是功函数，即电子从金属表面逃逸时克服表面势垒所必须做的功。
也就是说，电子被束缚在原子中，至少需要W0的能量才能“解放”它。 如果光子能够给予hυ这么多的能量，那么其中一部分被功函数抵消后，剩下的就会转化为电子的动能。 如果单个光子的能量较高，金属的功函数较低，则弹出电子的动能会较大。
那么问题来了。 对于某种材料，有固定的功函数。 那么什么样的光可以射出电子呢？ 是的，就是光子能量 hυ，它必须至少大于功函数 W0。
那么此时光的频率正好等于功函数，称为截止频率。 只有大于截止频率的光才能产生光电效应。
我们来看一下入射光频率与弹射电子最大动能的关系曲线：
若Ek=0，
如果 ν=0，
因此，截止频率和功函数可以表示为图像的截距：
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光以前被认为更多的是一种波。 从爱因斯坦开始英语作文，物理世界逐渐认识到光同时具有波粒性的事实，从而引入了波粒二象性的概念。
光电效应的本质是光的量子化，类似于普朗克的能量量子化。 两个巨人联手打开了量子力学的大门。