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爱因斯坦谈光量子理论 在当时的物理理论中,物体由原子组成是不连续的,而光(电磁波)被认为是连续的,这之间存在深刻矛盾。普朗克提出量子假说后的几年内未引起人们重视,但爱因斯坦看到其重要性,为了解释光电效应,1905年爱因斯坦在普朗克能量子假说基础上提出了光量子假说,也就是光子理论。他大胆假设光和原子电子一样具有粒子性,光是以光速(C)运动着的粒子流,将这种粒子称为光量子(后称光子)1234 ]。 二、光子的能量与动量公式 能量公式 爱因斯坦给出光子的能量公式(E = h\nu),式中(E)为每个光子的能量,(\nu)为光的频率。1905年他在论文《关于光的产生与转化的一个试探性观点》中阐述了这一观点,并将光电效应作为光子理论的事例进行解释,还从理论上推导出光电方程1 ]。 动量公式 1909年爱因斯坦进一步提出光子应该具有动量,1916年在论文《关于辐射的量子论述》中给出光子的动量公式(p=\frac{h}{\lambda}),式中(p)为每个光子的动量,(\lambda)为光的波长。他通过将狭义相对论中的质能方程用在光子身上(光子动能(E = mc^{2}),又光子动能(E = h\nu=\frac{hc}{\lambda}),二者联立得到(p = mc=\frac{h}{\lambda}),其中(c)为光速)推导出该公式1 ]。 三、光子理论对光电效应的解释 光电效应是由赫兹和勒纳德发现的,当紫外线等波长较短的光线照射金属表面时,金属中有电子逸出,而实验表明光电效应的产生只取决于光的频率而与光的强度无关,这一现象用光的波动说无法解释。 按照光子理论,光是由光量子组成,能量不连续,每个光量子的能量要达到一定数值才能克服电子的逸出功从而从金属表面打出电子。微弱的紫光虽然光量子数目少,但每个光量子能量足够大,能打出电子;很强的红光,光量子数目虽多,但每个光量子能量不够大,不足以克服电子逸出功,所以不能打出电子。就像光子是子弹,能否打穿钢板取决于子弹动能(单个光子能量)而非发射密度(光的强度)123 ]。 四、光子理论与其他现象的联系 康普顿效应 1922 - 1923年间康普顿研究(X)射线经物质散射后的光谱,发现除有波长不变的散射外,还有大于入射波长的散射存在(康普顿效应)。光的波动说无法解释这种效应,而光子假说能成功解释。按照光子理论,入射(X)射线是光子束,光子同散射体中的自由电子碰撞
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