愛因斯坦與牛頓的比較，就猶如一場“關公戰(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)的一票科學家。那么牛頓與愛因斯坦是否能比出個高下呢?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，由于光子學說的巨大成功，愛因斯坦獲1921年諾貝爾物理學獎。

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，人們簡直無法生活。

但是，人們認識光的本性卻經(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為，物體發(fā)光是因為它發(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果。

波動說

然而與牛頓同時代的惠更斯則認為，物體發(fā)出的光是一種波動，這種波動不同于人們通常觀察到的水波和聲波——它們都有傳播波動的介質(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，但由于牛頓在科學界的崇高威望，光的微粒說在很長一段時間內(nèi)占統(tǒng)治地位。

直到19世紀初，楊氏、菲涅爾、夫瑯和費新發(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說十分吻合，而牛頓的光的微粒說對此卻無法做出解釋。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋

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

但是，光是波動的理論在光電效應的實驗結果面前卻一直顯得無能為力。

所謂光電效應指的是：當用光照射金屬表面時，會把電子從金屬中打出來。

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

赫茲雕像

當人們試圖用光的波動說去解釋光電效應時，得出的結論是：當光的強度增大時，從金屬中被打出來的電子的速度也應增大。

而實驗結果表明，用同一頻率的光照射時，不論光的強度多大，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度無關!

楊氏干涉實驗

而且當光的頻率達到某個極限值時，才會在光照條件下使電子從金屬中飛出。

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

于是，光是波動的說法在實驗面前陷入了困境。

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

按照這個理論，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，而這個單元能量大小和光的頻率正好成正比關系。光仍然像波動一樣具有頻率(或波長)，但是光還具有微小“粒子”的特性——一個一個的能量單元。

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)。當光照射到金屬表面時，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，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潔清晰地方式解釋了光電效應。