主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

按照莱纳德的估计，如果只是增加光束的强度，也就是让其更亮一些，则从金属板上逃逸出的电子数目是不变的，但同时每个电子所携带的能量将会增加。但是，莱纳德却发现完全相反的现象：大量的电子逃逸出来，但单个电子所携带的能量并没有变化。爱因斯坦用量子理论对其给出了非常简明扼要的解释：如果光是由量子组成的，则增加光的强度也就是说光将由更多的量子组成。当更强的光束照射到金属板上时，光量子数目的增加相应导致有更多的电子发生逃逸。

莱纳德此外还有第二个奇异的发现，即逃逸电子的能量并非由光束的强度决定，而是受其频率控制。爱因斯坦早对此早已有了答案。既然光量子的能量与频率呈正比，那么红光（低频）光量子的能量自然比蓝光（高频）光量子的能量要低。当光的颜色（频率）发生变化时，量子的数目并不会因此而改变。因此，当光的强度为固定值时，无论何种颜色的光照射到金属板上，逃逸的电子数目都是一成不变的，其原因是由于击中金属板的光量子数目是固定的。但同时，因为不同频率的光的光量子所带有的能量是不同的，所以逃逸电子所具有的能量大小将仅仅取决于是什么颜色（频率）的光照射到板子上。例如，紫外线找射到金属板上时，逃逸电子的能量将远远大于用红光照射金属板。

另外，还有一个复杂的现象。对任何金属，都存在一个最低的或者“临界频率（Threshold Frequency）”，当照射光的频率低于该临界值时，无论照射时间有多长或者强度有多高，都不会有电子逃逸。然而，一旦照射光的频率突破这一临界值，则无论光束如何昏暗，都会有电子逃逸。爱因斯坦的光量子理论再一次对此给出了答案，不过这一次，他引入了一个新概念---“功函数（Work Function）”。

在爱因斯坦看来，光电效应的产生是因为电子从光量子那儿获得了足够的能量，从而摆脱了将其控制在金属板上的约束力以后，最终逃之夭夭。爱因斯坦所说的“功函数”就是电子逃离金属板时所需要的最小能量值，不同金属的功函数是不同的。如果光的频率太低，则光量子的能量将不足以驱使电子突破桎梏，而只会停滞在金属板内。

对此，爱因斯坦用一个简单的方程作出了解释：如果一个电子能从金属板上逃逸，则其所具有的最大动能等于光量子的能量减去功函数。利用这一方程，爱因斯坦给出了一张图，横坐标为频率，纵坐标为最大动能，则每一种金属对应的曲线应该为一条直线，且其起始点为该金属的临界频率。而这条直线的梯度值（即斜率）与金属种类无关，而应该正好等于普朗克常数h。

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“尽管在内心深处我非常抵触，但为了验证爱因斯坦在1905年提出的这个方程，我花了整整十年功夫，”美国实验物理学家罗伯特·密立根（Robert Millikan：1868～1953）说这话的时候，怨气冲天，“这个方程毫无逻辑，因为它违反了我们所了解的一切与光干涉相关的理论。可是呢，我不得不承认这个方程的的确确得到了实验结果的验证。”1923年，密立根获得了诺贝尔物理学奖，很大一部分原因就是由于这件验证工作。尽管是他亲手得到的实验数据，但他依旧拒绝接受观测结果背后的量子解说：“该方程所依据的物理理论是站不住脚的。”其实，从一开始，大部分物理学家都对爱因斯坦的光量子理论持质疑和不屑的态度。还有一部分人怀疑光量子是否真的存在，或者光量子只是为了计算方便而虚构出来的一个东西。而最正面的看法认为光以及所有的电磁辐射并非是由量子组成的，而只是在它们与物质进行能量交换时表现得像是量子化而已。持有这种观点的人中包括普朗克。

1913年，普朗克和其他三人提名爱因斯坦为普鲁士科学院的院士。在做陈述发言的时候，他们是这样品评爱因斯坦的光量子理论的----“总而言之，我们可以说尽管现代物理学中有着各种各样的重要领域尚待人们去探索，但爱因斯坦并没有真正在这些领域上做出什么惊人的成就。他的某些猜想，比如他的光量子假说，可能离真正的目标差之毫厘谬以千里，但这并不能作为我们反对他的理由。因为，如果我们不去时不时地做点有风险的事情，那么在自然科学领域，我们将永远不会有真正的创新。”

两年之后，耗费密立根大量心血的实验证明了爱因斯坦的光电方程（Photoelectric Equation）是正确的。光电效应定律（Photoelectric Effect Law）的数学公式得到了大家的广泛认同，但其背后的光量子解释鲜有支持。尽管如此，凭借这一定律的发现，爱因斯坦于1921年终于被授予了姗姗来迟的诺贝尔物理学奖，而在这之前大家觉得这根本就是痴人说梦。从此以后，爱因斯坦不再是那位寂寂无名的伯尔尼专利局公务员，而将凭借其伟大的相对论名扬世界，并将被大家公认为是自牛顿以后最伟大的科学家。可是，在当时，因为他的光量子理论太过超前，所以物理学界还不能认同这一学说。

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