光电效应
爱因斯坦提出的这个概念很好地解释了光电效应,而且不仅解释了实验现象,还可以用来计算。比如,我们现在就可以计算出要打出一束光所使用的电流大小。
在大学的实验室里就可以做这个实验:用一束电筒光照射到金属板上,金属板上不会发射出电子。原因很简单,因为电筒发出来的主要是可见光,而可见光的频率不够高。如果我们用一束紫外光来照射金属板,就可以把电子打出来。因此,爱因斯坦在光量子理论中最大的成功之处就在于,他提出了光电效应。光电效应在日常生活中的很多地方都可以用到,例如光鼠标、光敏电阻、光电二极管、光电三极管。
光子概念的提出,让量子论有了坚实的理论基础。
爱因斯坦在1905年5月发表的另一篇重要论文与狭义相对论有关,发表的时间要比有关光量子的论文晚两个月。
关于爱因斯坦其人,我们听说过很多关于他的故事。比如,他在16岁的时候就开始想象,如果跟着光跑会看到什么现象。正是这个想象,促使他提出了狭义相对论。但是他提出光量子的概念确实没有任何故事。毕竟在1895年,普朗克还没有提出量子的概念,这时在爱因斯坦的头脑中也没有产生光子的概念。
我前面说过,爱因斯坦的光子概念的想法很“革命”。为什么说爱因斯坦的想法很“革命”呢?因为这个概念连普朗克本人都不能接受。比如,在推荐爱因斯坦担任普鲁士科学院会员的时候,普朗克在推荐信中写道:“即使像爱因斯坦这样的人,也会犯错,例如,他提出了光子的概念。”
我曾经说过,人类历史上有两个最著名的物理学家,一个是牛顿,另一个就是爱因斯坦。类似于牛顿的人生经历,爱因斯坦的早年生活也是挺不顺的。他出生在德国的一个犹太家庭,为了避免在德国军队里服役,爱因斯坦跑到瑞士去考大学。结果第一年高考时他落榜了,到第二年才考上苏黎世理工学院。爱因斯坦是一个恃才傲物的人,他在大学期间经常不去听课。更糟糕的是,他那时的大学课堂不像现在的大学里讲大课那样,一个教室里能有几十甚至上百个学生,一个人不来上课,老师可能还发现不了。但在爱因斯坦上大学的时候,一个教室里只有10个学生,一个人不去上课,老师一抓一个准。由于爱因斯坦经常不去上课,他的老师们对他都很不满。当时,他们物理系的系主任韦伯,就曾批评爱因斯坦不喜欢听从他人的意见。这就导致了一个很严重的后果,就是当爱因斯坦毕业的时候,他没能在大学里找到工作。
在大学毕业后的两年时间里,爱因斯坦过得相当艰难,他曾经在中学教过课,给小孩子做过家教,甚至还当过一段时间的无业游民。后来靠着一个大学好友的父亲帮忙,才在一个专利局里找到了一份稳定的工作。这份工作薪水不高,但是比较有空闲,也正因为这样,爱因斯坦才有时间从事他心爱的物理学研究。
幸好有这份清闲的工作,让爱因斯坦在做普通职员期间,有了几个伟大的物理学发现,其中任何一个搁在今天,都可以让一个物理学家不朽。