光子能量是量子化的吗（什么是光电效应）

光是一种粒子，还是一种波动？物理学家为了这个问题激烈地争论了好几个世纪。量子力学以一种不可思议的方式解决了这个争论：都是。

​为了理解光的波动性，假想一个电子决定到激光束下去做一个日光浴。激光束是稳定、相干、强烈的光束。这里的要点是，当电子进入激光束时，它将被拉着先跑到一边，然后又被拽到另一边，以特定的频率如此来回反复地振荡。这个频率就是被代入方程E=hv的那一个，（这里的E是能量，v是频率，h是因为不确定性原理而引入的布朗克常数）可见光的频率比10¹⁵次振荡每秒要稍微低一点。

这个类比很奇特，但它容易给出一个更实际的例子。电磁波和光其实就是一回事，但具有小得多的频率。FM电台的频率大约是10⁸次振荡每秒，或10⁸HZ。一兆赫兹是一百万赫兹，或10⁶Hz。所以100兆赫兹就是10⁸HZ。这样101.5兆赫兹就是10⁸多一点点次振荡每秒。一个FM电台就建在差不多这样的频率上。当你调台时，你调整的就是电路里电子振荡的频率，要使这个频率和电台的频率对上号。这很像做日光浴的电子，收音机里的电子沐浴在电波下，吸收照在它身上的无线电波。

另一个应该会有益的类比是海上的浮标。一般而言，浮标通过链条拴在一个位于海底的锚上，这样它就不会被洋流和海浪冲跑了。浮标浮在水面上，在波浪的作用下上上下下地运动着。这就好比是日光浴下的电子对激光束的反应。关于日光浴下的电子实际上还有更多情节：除非它像浮标一样被什么东西拴住，否则它最终将沿激光束方向被推动。

光又将如何像粒子一样行为呢？著名的光电效应实验给我们提供了证据，光确实是由光子构成的，每一个光子的能量都是E=hv。我们来解释一下。如果你对着金属照射光，你能把电子敲出来。利用一个巧妙的实验装置，你可以检测到这些电子甚至还能测量它们的能量。这些测量结果可以这样解释。光由很多光子构成，这相当于对金属施加了很多小的打击，每次打击相当于光子撞击到金属中的一个电子上。

假如光子有充足的能量,有时，它就能把与之碰撞的电子踢出金属。根据方程E=hv,更高的频率意味着更高的能量。我们知道蓝光的频率比红光高大约35%，这意味着一个蓝光子比一个红光子多35%的能量。假设你用钠来研究光电效应。实验告诉我们，红光的能量不足以把钠里面的电子踢出来。甚至更亮的红光也无法把电子踢出来，我们看不到任何电子。但蓝光子，因为它们有更高的能量，足够把电子从钠里面踢出来。甚至非常弱的蓝光也能做到这一点。可见问题的关键不是光的亮度（和光子的数目无关）而是光的颜色，是光的颜色决定了每个光子的能量。

能把电子从钠里面踢出来的光的最小频率是5.5×10¹⁴次振荡每秒，即绿光。它对应的能量，利用方程E=hv,就是23电子伏。把电子接到一个伏特的电源上它可以获得的能量就是1电子伏。所以普朗克常数的数值将是2.3电子伏除以5.5×10¹⁴次振荡每秒。通常将它简记为4.1×10ˉ¹⁵电子伏·秒。

总结一下，光在很多情况下的行为像波，然后在很多情况下像粒子。这被称为波粒二象性。根据量子力学，并不仅仅是光才有波粒二象性：万物皆有。