光的波粒二象性是什么时候学的（光为什么具有波粒二象性）

光的故事（八）

前情提要

经过法拉第，麦克斯韦，赫兹等人的不断努力，人们发现光是电磁波的一种，光的波动说变得牢不可破，但是一个阴影在角落里发芽。

赫兹在做电磁波实验的时候，发现了一个奇怪的现象。

为了能更清楚的看到电火花，他把这个实验放在完全黑暗的盒子里，此时却发现电火花的能够传递的距离缩小了，必须让两个小球之间的距离变的更短才能接收到电火花。如果有光照的话，反而接收器更容易接收到电火花。

赫兹对这个现象百思不得其解，写下了一篇论文《论紫外光在放电中产生的效应》，赫兹发现如果有紫外线照射实验设备，会让实验效果更好。

光电效应

在当时，这个论文没有引起太多的关注，因为电磁波是个更激动人心的发现，因为电磁波的发现，出现了一系列重大发明，里面蕴含着巨大商机。

就连赫兹自己都不知道，他已经触摸到了量子物理的潘多拉魔盒。

当然，还是有一些潜心研究的物理学家，对这个现象产生了兴趣，做了一系列实验。

人们发现只要紫外线照射金属表面，金属表面就会带正电，好像负电飞走了一样，当时还没有发现电子，只能说是负电失去了。不同的金属效果也不一样，钾钠镁铝这类活泼金属更容易失去负电。

1897年，汤姆逊在研究了阴极射线后发现了电子，人类开始使用电子的概念，来描述之前的负电。

上面的实验也有了进一步发展，人们终于搞清楚，当紫外线照射金属表面时，会让金属里的电子不知道出于什么原因，逃出金属表面，因为光和电这种奇妙联系，人们给这个实验取了一个名字“光电效应”。

J.J.汤姆逊

随着实验越做越多，人们的困扰也越来越多。光能否从金属表面把电子打击出来，只跟光的频率有关系。如果频率不够高，照一年也照不出电子。而且这跟光的强弱无关，最弱的紫外线也能打击出电子，再强的红外线也做不到这一点。

没人知道，这是什么原因。

我们暂时抛开这个问题，去迎接20世纪的到来，一个崭新的时代开启了。

19世纪刚过，一个不算年轻的科学家走上历史舞台，他的名字叫普朗克。1900年，普朗克在研究物体热辐射的时候发现，只有假定电磁波的吸收和发射不是连续的，而是一份一份的，计算的结果才能与实验结果相符。

1900年12月14日，人们正在准备欢度圣诞节。这一天，普朗克抛出了他那篇名垂青史的《黑体光谱中的能量分布》一文，提出了能量子的概念，后来被改名为量子，这一天后来被认为是量子物理的诞生日。

普朗克

这个量子是能量的最小单位，能量的传递不是连续的，在细分到一定程度之后，不能再分割。所有的能量都是以这个量子为基本单位的整数倍，我们可以传递1个量子，一千个量子，但是不能传递半个量子也不可以传递999个半量子。

量子概念的提出，是开天辟地的，因为这颠覆了人类的认知。物理学发展到这会，人们有一个从来没有怀疑过的概念，那就是我们的世界是连续的。这是自牛顿创世以来几百年，物理学中被认为坚不可摧想都不用去想的一个概念。

但是普朗克提出的概念，说的是我们这个世界不是连续的，是一份一份的。

如同一颗惊天炸雷响彻世间，量子物理的潘多拉魔盒被打开了。

当然，推翻经典物理的基石没有这么容易。就是普朗克自己都不愿意对这个问题做深思，只是把这个作为数学上为了方便计算引入的一个概念。他被这个离经叛道的概念深深困扰，以至于他自己都在不断强调，这只是一个概念，不要想太多。

在普朗克发表他这篇论文的同一年，一个青年人大学毕业了，他正在为生计发愁，因为他找不到工作。待业了将近一年后，在一个朋友的帮助下，他找到了一份专利局的技术员的工作。在专利局期间他用大把大把的时间思考最前沿的物理问题。几年后，这个专利局的技术员震惊了世界，他的名字直到一百年后的现在，变的家喻户晓，这个名字叫爱因斯坦。

年轻时候的爱因斯坦

1905年，这一年在物理学史上有个专门名称——“爱因斯坦奇迹年”。整个物理学史上也许只有牛顿在乡下躲避瘟疫的那一年可以媲美。

这一年爱因斯坦发表了五篇论文，还有一篇是下一年年初发表，如果不严格定义，那就是六篇论文。每一篇都是惊世之作，都能够去角逐诺贝尔奖。

其中一篇叫做《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，这篇论文中，爱因斯坦从普朗克的量子假设出发，解释了光是一群离散的量子，而不是连续性的波，每一个量子拥有的能量等于频率和普朗克常量的乘积。

只有当单个光量子达到一定的能量级别才能够让金属表面的电子逃逸，造成光电效应。如果单个光量子达不到这个能量级别，照射再多也没有用，完美的解释了光电效应的问题。

当然，理论的提出并不会让人就立即接受。

就像麦克斯韦预言了电磁波，直到赫兹找到电磁波才能让世人接受。

过了十年多，美国科学家密立根发表了一个实验结果，证明了爱因斯坦对光电效应的解释，并重新测量了普朗克常数。这之后，到了1921年，爱因斯坦因为光电效应获得了诺贝尔奖。

诺贝尔颁奖

光是一种电磁波这个结论变得不可动摇的时候，光量子的提出，又让大战一触即发，光如果是一种波，那么光量子算什么？

光到底是波还是粒子？这个问题已经变的纠缠不清了，波动派有强大的理论和实验支持，微粒派也有强大的理论和实验支持。双方决定握手言和，得出了最终的结论，光具有波粒二象性，既是波又是粒子。

不止是光具有这个特性，之后掀起滔天巨浪的量子物理里，所有微观的粒子都具有波粒二象性。至此，光学之争，也算基本结束了。

而人类踏入了新的理论领域，量子物理席卷了整个物理学，这里是一个跟我们常识完全不同的领域。

我们在经典物理中学到的很多东西，在量子物理领域都是不成立的，未来合适的机会，我们会一起了解这块神秘的领域。

这几百年的光之战争，几乎物理学的每一个大神都牵扯了进来，他们用自己的智慧和执着，去孜孜不倦的探索这个世界的本源，推动了整个社会不断的进步。

到如今依旧有很多未解之谜，但是人类不会停止探索。

也许未来有一天，听我们说这段历史的你也会变成那颗闪闪发光的巨星。

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下一期葡萄爸爸要将带来神奇的

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