科學(xué)界巨頭的對(duì)碰！牛頓VS愛因斯坦，誰更加偉大？

愛因斯坦與牛頓的比較，就猶如一場(chǎng)“關(guān)公戰(zhàn)秦雄”似的較量。愛因斯坦曾經(jīng)提出一條理論，否定了包括牛頓在內(nèi)的一票科學(xué)家。那么牛頓與愛因斯坦是否能比出個(gè)高下呢?這就要讀者你自己來看了……

愛因斯坦“戰(zhàn)勝”牛頓的理論到底是什么呢?

光量子又稱為光子，這個(gè)名詞是愛因斯坦1905年在公開發(fā)表的一篇著名論文中首先提出的，由于光子學(xué)說的巨大成功，愛因斯坦獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

那么，究竟什么是光量子呢?

在日常生活中，光是最為人們所熟悉的東西。如果沒有光，人們簡(jiǎn)直無法生活。

但是，人們認(rèn)識(shí)光的本性卻經(jīng)過了艱難而又曲折的道路。

微粒說

以牛頓為代表的一種理論認(rèn)為，物體發(fā)光是因?yàn)樗l(fā)射出光的粒子(微粒)流，我們之所以能看到光，是由于這些粒子落到眼睛上引起了視覺。

按照這個(gè)理論，人們把光的反射現(xiàn)象解釋為光的粒子在反射面上發(fā)生了彈性碰撞而造成的結(jié)果。

波動(dòng)說

然而與牛頓同時(shí)代的惠更斯則認(rèn)為，物體發(fā)出的光是一種波動(dòng)，這種波動(dòng)不同于人們通常觀察到的水波和聲波——它們都有傳播波動(dòng)的介質(zhì)，水波的傳播介質(zhì)是水，聲波的傳播介質(zhì)是空氣或其他液體和固體，而光波的傳播是在真空中進(jìn)行的，也就是說光波以真空為介質(zhì)。

這兩種理論一開始就發(fā)生了沖突，但由于牛頓在科學(xué)界的崇高威望，光的微粒說在很長一段時(shí)間內(nèi)占統(tǒng)治地位。

直到19世紀(jì)初，楊氏、菲涅爾、夫瑯和費(fèi)新發(fā)現(xiàn)的光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，與惠更斯的光的波動(dòng)說十分吻合，而牛頓的光的微粒說對(duì)此卻無法做出解釋。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋

隨著光學(xué)儀器的發(fā)展，光學(xué)理論也有了很大的進(jìn)展。麥克斯韋證明了光波是一種電磁波后，光的波動(dòng)理論似乎完全被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，光是波動(dòng)的說法也為人們普遍接受。

但是，光是波動(dòng)的理論在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果面前卻一直顯得無能為力。

所謂光電效應(yīng)指的是：當(dāng)用光照射金屬表面時(shí)，會(huì)把電子從金屬中打出來。

早在1872年，莫斯科大學(xué)的斯托列托夫就已發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象，以后德國物理學(xué)家赫茲和雷納德對(duì)此也進(jìn)行了研究。

赫茲雕像

當(dāng)人們?cè)噲D用光的波動(dòng)說去解釋光電效應(yīng)時(shí)，得出的結(jié)論是：當(dāng)光的強(qiáng)度增大時(shí)，從金屬中被打出來的電子的速度也應(yīng)增大。

而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用同一頻率的光照射時(shí)，不論光的強(qiáng)度多大，所有觀察到的電子都具有同樣的速度。

也就是說，從金屬中被打出來的電子的速度與光的強(qiáng)度無關(guān)!

楊氏干涉實(shí)驗(yàn)

而且當(dāng)光的頻率達(dá)到某個(gè)極限值時(shí)，才會(huì)在光照條件下使電子從金屬中飛出。

同時(shí)，從金屬中能不能打出電子與光的頻率有關(guān)，即用紫光照射時(shí)飛出電子的速度比用紅光照射時(shí)飛出電子的速度大!

于是，光是波動(dòng)的說法在實(shí)驗(yàn)面前陷入了困境。

愛因斯坦以創(chuàng)造性的思維完全從一個(gè)不同的角度去考察了光電效應(yīng)。他提出了光是光量子的理論。

按照這個(gè)理論，光的能量是由一份一份的不連續(xù)的最小單元能量組成的，而這個(gè)單元能量大小和光的頻率正好成正比關(guān)系。光仍然像波動(dòng)一樣具有頻率(或波長)，但是光還具有微小“粒子”的特性——一個(gè)一個(gè)的能量單元。

這樣，光無非就是一束能量流，其中最小的單元能量就稱為光量子(光子)。當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，光就把光量子的能量傳遞給電子，光量子就消失了，而電子得到光子的能量，再加上它自身的能量就可能從金屬中飛出。

由于光量子能量只與光的頻率有關(guān)，因此只有大于一定頻率的光，才能提供足夠的能量使電子從金屬中被打出來。

這樣，光量子的理論就以簡(jiǎn)潔清晰地方式解釋了光電效應(yīng)。