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:光量子是“光子”,但不是爱因斯坦

更新时间:2024-04-09 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

第一个认真落实量子概念并努力发展它,使物理学家认识到它的重要性的人是爱因斯坦。 他意识到量子概念带来的将是整个物理学的根本性改变,需要建立新的理论基础,而不是对某些定律进行部分修改。 他不满足于普朗克对辐射发射和吸收过程的能量不连续性的限制,而是认为即使在空间传播过程中,辐射也是不连续的,并且由不可分割的能量量子组成。 在开始撰写狭义相对论论文的三个月前(1905年3月),他写了一篇题为《关于光的产生和转变的思辨观点》的论文,详细阐述了这一观点。 由于这一观点与19世纪取得绝对胜利并得到大量实验证实的光的波动论和麦克斯韦电磁理论完全对立,爱因斯坦在当时意识到这篇论文“非常具有革命性”。 他指出,对于光的产生和转变的瞬时现象,波动理论的结论与经验不一致; 为了解释这种现象,我们只能假设光是由能量量子组成的。 他将这种能量量子称为“光子”。 对于频率为 v 的辐射,一个光子的能量为 hv。 从此,人们将光量子称为“光子”。 这是美国化学家刘易斯于1926年命名的。o9M物理好资源网(原物理ok网)

光量子论的提出,意味着半个多世纪前被彻底推翻的牛顿光发射理论(粒子论)在某种意义上复活了,并与波动论形成了绝对的对立。当时占主导地位。 。 然而,爱因斯坦并没有简单地回到牛顿的发射理论并拒绝波动理论,而是认为两者都反映了光本质的一个方面:对于统计平均现象,光表现为波;对于统计平均现象,光表现为波;对于统计平均现象,光表现为波;对于统计平均现象,光表现为波;对于统计平均现象,光表现为波;对于统计平均现象,光表现为波。 对于统计平均现象,光表现为波; 瞬时波动现象爱因斯坦光电效应方程式,光表现为粒子。 这是人类认识自然史上第一次揭示了微观物体的波动性与粒子性的对立统一,即“波粒二象性”。 随后的发展历史表明,波粒二象性是整个微观世界最基本的特征,因而也是微观物理理论最基本的概念。o9M物理好资源网(原物理ok网)

爱因斯坦光电效应方程式o9M物理好资源网(原物理ok网)

作为光量子论的推论,爱因斯坦在论文最后讨论了光电效应,彻底解决了这个经典理论无法解决的问题。 恰好,打破麦克斯韦电磁波理论空白的光电效应,最早是由赫兹在证实麦克斯韦电磁波理论的实验中发现的。 赫兹在1887年偶然观察到,当接收电磁波的装置暴露在紫外线下时,往往会产生火花。 发现电子后,人们知道这是由于紫外线从空气分子中排出了电子。 1902年,赫兹的前助手、后来成为希特勒狂热信徒的德国实验物理学家伦纳德用各种频率的光照射钠汞齐,发现只有频率高于一定下限的光才能驱逐电子; 而被射出电子的速度只与光的频率有关,与光的强度无关。 这种现象根本无法用麦克斯韦理论来解释,但爱因斯坦却能够用光的量子理论轻松完美地解释它,并推导出光电子最大能量与入射光频率之间的关系。 光电效应的研究和应用后来发展成为光伏电池、有声电影、电视等技术,与现代人类的文明生活和太阳能的利用密切相关。o9M物理好资源网(原物理ok网)

光量子理论的出现遭到了几乎所有老一代物理学家的反对。 最先提出量子概念并从一开始就对相对论表示热情支持的普朗克,直到1913年才对光量子论感到无法忍受,认为爱因斯坦在思辨中迷失了方向。 一般物理学家对光量子论态度的转变,主要得益于两位美国实验物理学家密立根和康普顿的工作。 密立根因其精确测定电子电荷而闻名(1910)。 他原本并不相信光的量子论。 他花了10年时间测试爱因斯坦的光电效应公式,但结果却“与他所有的希望相反”。 其明确的实验证实必须在1915年得到断言”。当康普顿在1922年发现康普顿效应(X射线被自由电子散射时,其波长增加)时,他仍然不相信光的量子理论。经过多次探索,他终于意识到这种效应只能用光的量子理论来解释爱因斯坦光电效应方程式,于是,康普顿效应成为光量子理论中决定性的实验,并被物理学家公认为是光存在的确凿证据。然而,仍有少数物理学家仍然对光的量子论表示怀疑,并进一步怀疑能量守恒定律和动量守恒定律的严格有效性。1925年,德国和美国的两组物理学家进行了分别进行的实验一致否定了这种怀疑,肯定了光的量子论,并肯定了微观物体的基本过程仍然严格遵守能量和动量守恒定律。 这场争论才刚刚结束。 结束了。o9M物理好资源网(原物理ok网)

爱因斯坦光电效应方程式o9M物理好资源网(原物理ok网)

继光量子论之后,1906年,爱因斯坦将量子概念扩展到辐射领域之外,解决了固体在低温下的比热问题; 这个问题构成了19世纪的两朵乌云之一。 1912年,爱因斯坦将量子概念应用到光化学现象中,提出了光化学等效定律,奠定了光化学的理论基础。 因此,可以说,量子理论创立后10年的发展应主要归功于爱因斯坦; 至于下一阶段(1913~1920),丹麦物理学家玻尔的贡献最为突出。o9M物理好资源网(原物理ok网)

出自:现代物理知识o9M物理好资源网(原物理ok网)

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