4、发现光子！密立根无心插柳，助爱因斯坦一臂之力在线免费阅读

妈咪说知识就是力量，大家好，我是妈咪叔，上回咱们说到卢瑟福对于原子内部的一系列发现让人是拍手称赞，被后人称作原子核之父，讲到这儿啊，你可能会发现咱们这个专辑叫基本粒子。啥是基本粒子？就是组成物质的最小单位，它不可再分了，不过我们从历史的足迹来看啊，这个词儿的含义你已经不能够那么《咬文嚼字》儿了，那古人他就认为说是这个原子是最小的啊，不能再分了，哎，汤姆森就发现了电子比原子还小。卢瑟福呢又发现了质子，这原子内部又包含了质子，你看随着人类科学的发展啊，这个基本粒子一再被刷新，其实基本粒子它不是人类创造出来的啊，他就一直就存在那儿。我们只不过不同阶段随着我们技术手段不断的加深，就越来越能够把发现这个物质更深层次的本质。今天咱们要说的下一个基本粒子是光子，历史上人类对于光的探索和这个光的波粒二象性，我们在双缝干涉专辑当中啊，专门的介绍过，19世纪末随着麦克斯韦电磁理论的发展，当时的波动说呢几乎是大获全胜啊。光是电磁波，这在当时呢甚至写进小学课本的啊，到了1900年，普朗克老先生为了解释黑体辐射问题提出了能量量子化假说,

就是为了解释啊这条能量曲线为啥要长这样，你就必须要假设这个能量它不是连续的，而是一份儿一份儿的。普朗克自己都有点觉得这有点儿违背常识，所以在他的论文最后啊，他还提到说大家比较真啊，我就这么一说到了。1905年爱因斯坦啊，觉着哎普朗克这个思想好啊，他就利用普朗克的这个思想啊，他就想说能量不是连续的，这光呢是电磁波，那就是能量啊，诶，那光是不是也不是连续的呢？恰好他就解释了这个光电效应问题。呃，咱们再来简单回顾一下光电效应这个现象，最早是赫兹县发现了赫兹在寻找电磁波的实验当中就发现了，说这个当紫外线照射到金属电仪上的时候吧，可以帮助产生电火花，哎，后来人们知道了紫外线照射到金属板上能够把电子打出来，而且啊这个现象和光强没有关系。就只和你光的频率有关啊，就是不管你这个光它怎么亮，哪怕你是激光，只要频率低于某一个值都打不出来电子，相反，只要这个频率高于某一个值啊，大概就是在紫外线左右，无论你这个光多弱啊，都能够打出来电子。就是为了解释这个现象，爱因斯坦提出了光量子假说，他说这个光啊也不是连续的，也是一份一份的啊，每一份就是一个光量子，这个光量子的能量E就等于普朗克常数H乘以光的频率ν。普朗克常数是固定的呀，所以每个光的能量啊就取决于光的频率，这就解释了你为啥只有特定频率以上的这个光啊，它能够把金属板上的这个电子的打出来，因为电子想要被打出来，你就至少需要一个能量叫做逸出功，那这道题这不就变成初中生都可以解决的碰撞问题了吗？就是当光子的这个能量大于电子的逸出功的时候，哎，这电子就被打出来了，所以这对应了一个频率的阈值啊。其实到这儿人类就已经是发现光子这个基本粒子的影子了，只不过没有达成普遍共识啊，反却得到了大部分主流物理学家的反对。

刚提出来的时候，这个爱因斯坦也不是那么有名的，是两个实验啊，让光子能够在基本粒子当中占据一席之地，第一个实验的主人公叫做密立根，

这位可能是历史上所有的物理学家当中基础最差的一个。密立根是1868年出生在美国的爱荷华州，现在爱荷华州号称说是这个教育程度最高的地方，90%人都上过大学，不过当年那个地方啊，那教育程度差远了，密立根上高中的时候，他这个高中物理老师，哎呀，不知道是怎么来的啊，讲课的时候呃，看这个课本里边儿写道说声音可以通过空气传播，哎，他老师就是说啊不对，说这个声音怎么可能通过空气传播呢？胡说八道，大家信我的，别信这个教材啊，你看所以他这个高中物理都不知道是怎么学下来的。大学去的这个俄亥俄州在奥柏林学院学习的古典学啊，就是什么文学呀，哲学呀什么的，大二的时候呢还有一门课叫做希腊语。他的希腊语这个学习还是很好的啊，然后他希腊与老师就和他说说密里根，咱们现在这个预科班儿啊，缺一个物理老师，你去教吧，这密立根就蒙了，说老师我这个刚大二啊，在在再说我物理不行啊。你看他希望英语老师就跟他说说没事儿，这希腊语学的好啊，就肯定就能教物理那东西简单。密立根就稀里糊涂就教上了大学物理了，好在密里根也算是一个负责任的人，为人师表嘛，就不能像自己这个高中老师一样啊。所以他就自学，之后还在这个哥伦比亚大学攻读了博士啊，后来又成为了迈克尔逊的助手，是这么着啊，才走上了物理的道路。密立根最著名的实验叫做油滴实验，就是测量了基本电荷量，当时这jj汤姆森不是发现了电子嘛，严格来说啊，这个汤姆森只是算了电子的荷质比，就是电荷量与质量的比值。然后他估算了一个质量，所以也就能间接估算出这个电子的电荷量，但是当时没有实验能够直接去测量这个电子的质量或者是电荷量，你看你知道了这个荷质比，那质量和电荷量，你只要知道一个，你就知道另一个了，所以密立根就决定我要测量这个电子的电荷量。他因此还获得了1923年的诺贝尔物理学奖，之后密立根就立志发展美国的教育啊，出版物理学教材啥的。这爱因斯坦提出了光量子假说之后啊，密立根就表示坚决反对，说这光它怎么可能是粒子呢？哎，他就决定了说我要做一个实验来证明这个爱因斯坦是错的，结果做着做着发现实验数据很好的，证明了这个爱因斯坦的光电方程是对的啊，没辙了，就只能选择认同爱因斯坦的理论，就这么着，哎，这第一个实验算是歪打误着这无心插柳了，也让更多人相信了爱因斯坦的光量子假说。于是把爱因斯坦在1921年因为光电效应获得了诺贝尔物理学奖，很多人觉得爱因斯坦不应该是因为相对论得的奖吗？还不是相对论的确是颠覆性的，不过当时啊很难通过实验验证。

1921年的时候把这爱因斯坦在科学界的地位就已经很高了，哎，就是大伙儿都感觉这相对论没毛病，就差实验了，所以人们就随便找了个理由给爱因斯坦发了个奖，诺贝尔奖着急，还有一个原因就是考虑到当时波尔的量子论啊，已经是得到普遍认同了，虽然你看爱因斯坦和波尔啊吵来吵去的，那都是出于对科学的严谨，私底下波尔比安因斯坦小，他很敬重爱因斯坦。这爱因斯坦的地位呢又比波尔高，哎，所以当时这两个人的诺奖是一起决定的啊，1922年决定把上一年的诺奖发给爱因斯坦，哎，本年的诺奖发给波尔，波尔听说消息之后还说呢，说哎呀，这回我放心了，要不然我提前比爱哥先得了，那多不好啊。密立根有一个博士生叫做赵忠尧，这位是我国老一辈的科学家啊，赵老在正电子的发现工作当中有重大贡献，差点儿就获得了诺贝尔奖啊，咱们先按下不表，接着说光子密立根实验啊就已经是铁证了，那不过第二个实验啊就算是板上钉钉，这实验的主人公呢叫做康普顿，

也是一位实验物理学家，他就发现了一束电磁波，这个打造金属板上啊。出现光电效应，但如果这个电磁波的频率呢再提高一些，哎，就比如X射线，然后再把它照射到石墨上，就会散射出两处不同频率的电磁波，

其中一束和原来X射线的这个频率相同，但另一束就比原来的这个频率要小啊，而且个频率的变化还和散射角有关。康普顿就把这种现象称作是康普顿效应，这个现象你利用传统的波动理论那是无法解释的，哎，不过利用爱因斯坦的光量子假说就可以很好的解释，就是当光子和电子发生碰撞的时候损耗了能量，所以这个频率就变低了呀，我们现在感觉这挺好理解的呀，这不就是光子和电子的弹性碰撞吗？啊，动量守恒问题。不过这在当时人们看来，那同样是一束电磁波，频率怎么可能改变呢？有什么一直认为呀，电磁波的波长和频率是不会因为这个反射和散射啊产生变化的，你就比如说我们生活当中这个照镜子，这就是光这个电磁波的反射现象啊，你如果反射之后这电磁波的波长变长了，那你看镜子里的自己，那就会变红啊，所以人们就觉得这个康普顿效应这简直就是开玩笑。当时还有一个著名的物理学家啊叫做杜安，他就极力反对康普顿的理论啊，呃，他说我也做实验了，你和你那个结果就不一样啊，这个电磁波散射之后的波长是不会改变的，他说康普顿得出的这实验结果是因为他在实验当中使用的这个盒子的材质不对，突然还把这个称作是盒子效应。于是好多科学家啊就都说说康普顿呐，看来你是真错了呀。咱们上回说到啊，说一场不平凡的争论，注定要有一个天才来摆平。这个天才啊正是康普顿的一名硕士研究生，哎，我国老一辈的著名物理学家吴有训，

正是因为吴老啊这康普顿效应才被广泛认同，也彻底的证明了光子这个基本粒子的存在，那吴老师究竟做了啥呢？咱们下回接着聊，我是妈咪叔，一个较真的理工男，下期见，拜拜。

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