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[00:03.41]欢迎收听生命的色彩作者
[00:07.87]史军
[00:09.01]由点歌为您播讲
[00:15.19]光的波动说也有一个相当重要的弱点
[00:19.57]即如果说光是像声音一样的波
[00:22.55]就必须借助某种媒介才能传播
[00:25.49]声音借助气体分子的震动才能在空气中传播
[00:29.65]所以在真空中听不见声音
[00:32.19]科学家很难给光找到一个合适的传播媒介
[00:36.45]所有的努力都以失败告终
[00:39.29]光线似乎确实可以在真空中传播
[00:42.95]这给波动说造成了巨大的干扰
[00:46.42]支使者必须设法弥补这个漏洞
[00:48.98]否则就远远算不上成功
[00:52.68]好在
[00:53.14]这个漏洞最终有伟大的詹姆斯
[00:55.88]克拉克
[00:56.56]麦克斯韦堵上了
[00:59.36]麦克斯韦于一八三一年出生于苏格兰
[01:02.82]又称神童
[01:04.32]十六岁就发表了第一篇论文电磁学通论
[01:08.18]但没有得到物理学界的重视
[01:11.20]此后
[01:11.64]他一直没有放弃这项研究
[01:13.82]并最终封神称圣
[01:16.04]于一八六五年用优美的电磁方程组完成了电磁理论的构建工作
[01:22.89]麦克斯韦指出
[01:24.25]变化的电场可以产生磁场
[01:26.65]变化的磁场也可以产生电场
[01:29.39]如此往复循环
[01:31.37]电磁波就可以不需要介质传播
[01:34.83]也就是说
[01:35.71]电磁波可以在真空中传播
[01:38.17]然后
[01:38.67]麦克斯韦又通过计算得出一个重要结论
[01:41.95]即光的传播速度与电磁波相同
[01:45.49]这意味着光波就是一种电磁波
[01:49.39]电磁波涵盖了从微波到x射线
[01:52.89]从紫外线到红外线
[01:54.95]从伽马射线到无线电波的所有波段
[01:58.67]至于可见光
[02:00.11]只不过是电磁波谱中的一小段而已
[02:05.38]艾克斯韦的电磁理论的伟大意义
[02:07.86]堪与牛顿的万有引力定律比肩
[02:10.84]如果没有电磁理论
[02:12.52]现代社会的一切都将无从谈起
[02:16.50]可惜
[02:17.32]麦克斯韦英年早逝
[02:19.08]于一八七九年卒于剑桥
[02:21.52]享年四十八岁
[02:23.36]后来爱因斯坦在纪念麦克斯韦百年诞辰的大会上称
[02:27.56]电磁理论是自牛顿以来物理学最深刻和最富有成果的工作
[02:34.94]牛顿把天与地之间的运动规律统一了起来
[02:39.20]而麦克斯韦则把光与电统一了起来
[02:42.62]他们所做的工作是人类科学史上最伟大的两次综合
[02:50.08]麦克斯韦去世时
[02:51.72]光的波动说已经大获全胜
[02:54.32]粒子说终于告一段落
[02:56.42]却没有退出历史舞台
[02:58.88]时隔不久
[03:00.08]另一个奇迹般的物理现象却如同可怕的招魂师
[03:04.42]居然让粒子说起死回生
[03:07.04]再次步入科学的殿堂
[03:10.85]那个奇迹般的物理现象就是光电效应
[03:14.33]发现者则是德国著名物理学家海因里希
[03:19.39]鲁道夫
[03:20.45]赫兹
[03:22.43]赫兹于一八五七年出生于德国汉堡
[03:26.17]少年时期喜欢学习阿拉伯语和范文
[03:29.47]而且还是个不错的木匠
[03:31.79]后来去柏林等地学习科学
[03:34.07]主要研究麦克斯韦的电磁理论
[03:36.53]并于一八八零年获得博士学位
[03:39.27]用年之后
[03:40.17]赫兹到德国西南部的一座技术学院任教
[03:44.01]他在那里装配了一间电学实验室
[03:46.85]并从一八八六年起
[03:48.49]开始设计一系列的实验
[03:51.25]用于证明麦克斯韦的电磁理论
[03:54.26]它将一段导线弯成圆形
[03:57.22]中间留一个小小的缺口
[03:59.22]用于制造电火花
[04:01.10]只要磁场发生变化
[04:03.04]线圈就会出现感应电压
[04:05.62]同时在缺口处产生电火花
[04:08.80]一旦出现电火花
[04:10.50]就说明出现了感应电压
[04:12.62]进而证明磁场变化确实会导致电场变化
[04:17.26]没有 有有有
[04:17.90]没有
[04:18.49]经过不断的摸索
[04:20.05]一八八八年
[04:21.61]实验终于取得了圆满成功
[04:24.03]赫兹在线圈缺口处观察到了不停爆发的电火花
[04:28.77]充分证明了磁场变化诱发了电磁波
[04:32.45]但与此同时
[04:33.61]赫兹还发现了一个奇怪的现象
[04:36.45]当有光线照射线圈缺口时
[04:39.71]电火花就会变得更加明亮
[04:42.25]赫兹把这个发现写成了论文
[04:44.75]但在当时并没有引起太多注意
[04:47.41]大家都被发现电磁波的伟大成就所震撼
[04:51.20]那个光照引起的偶然变化却被忽略了
[04:56.46]事实上
[04:57.48]在忽明忽暗的电火花中
[05:00.02]隐藏着一个与电磁理论同样伟大的发现
[05:04.29]那就是光电效应
[05:08.13]当电磁波引起的轰动效应略微平息以后
[05:12.53]有些物理学家开始关注赫兹的这个发现
[05:16.15]通过一系列全新设计的实验
[05:18.57]他们观察到了更神奇的结果
[05:21.23]只要用紫外线照射金属表面
[05:23.69]金属表面就会带正电
[05:25.55]好像负电荷凭空消失了
[05:27.75]而且越是活泼的金属
[05:30.15]负电荷消失的速度就越快
[05:33.33]正当科学家对此深感困惑的时候
[05:36.31]英国物理学家凯尔文爵士及时发现了电子
[05:40.13]为这一现象提供了科学的解释
[05:43.43]光电效应的概念才渐渐清晰起来
[05:47.81]总的来说
[05:48.73]光电效应意味着光子可以从金属物体中将电子击打出来
[05:53.85]形成所谓的光电子
[05:55.93]这个现象表明
[05:57.39]波动说又有麻烦了
[06:01.67]实验观察表明
[06:03.03]对于某种特定的金属来说
[06:05.33]是否能够被击打出电子
[06:07.57]似乎只和光的频率有关
[06:09.93]而与光照强度无关
[06:12.13]频率高的光
[06:13.17]比如紫外线
[06:14.19]便能击打出能量较高的电子
[06:16.59]而频率低的光
[06:18.03]比如红光
[06:19.13]则一个电子也打不出来
[06:21.31]无论光照强度多大都不行
[06:23.85]嗯
[06:24.36]再弱的紫外线也能够击打出金属表面的电子
[06:28.24]再强的红光也无法做到这一点
[06:31.56]增加光照强度只能增加击打出电子的数量
[06:35.42]相对微弱的紫光
[06:36.98]强烈的紫光可以从金属表面击打出更多的电子来
[06:41.22]相比而言
[06:42.32]再强的紫光也无法击打出电子
[06:46.66]这一现象令科学家格外困惑
[06:50.04]如果光只是一种波
[06:52.04]那么光电效应就应该取决于光照强度
[06:55.20]而非取决于光照频率
[06:57.78]只要照射时间足够长
[06:59.54]就应该能够产生光电子
[07:02.00]但事实并非如此
[07:03.70]说明光仍然具有粒子性
[07:06.56]物理学家面对一个两难困境
[07:09.08]如果承认光电效应
[07:10.98]就必须承认光的粒子性
[07:13.40]可一旦承认光的粒子性
[07:15.16]就等于否定了光的波动性
[07:17.66]这不但违背了伟大的麦克斯韦方程组
[07:20.64]而且无法解释已被赫兹实际观察到的电磁波
[07:27.56]正当物理学家左右为难时
[07:30.26]德国一位年轻的专利局文员出手了
[07:34.00]他在一九零五年发表了一系列论文
[07:36.90]一举终结了这场跨世纪论战
[07:40.02]他就是二十六岁的阿尔伯特
[07:44.08]爱因斯坦
[07:46.26]爱因斯坦的解决方案很简单
[07:48.64]大家都不要争了
[07:50.04]粒子说和波动说都有道理
[07:52.30]光既是粒子
[07:53.88]又是波
[07:55.04]这就是所谓的波利二项性
[07:58.56]爱因斯坦称之为光量子
[08:00.78]简称为光子
[08:02.77]当光子的能量大于电子逃逸所需的能量时
[08:06.09]就会产生光电效应
[08:07.99]而光子的能量大小只和光的频率有关
[08:12.20]通俗的说
[08:13.04]频率越高
[08:13.94]或者说波长越短
[08:15.54]光子的能量就越高
[08:17.36]所以
[08:17.74]紫外线的光子能量要高于红外线的光子能量
[08:21.76]也就是说
[08:22.70]紫外线更容易产生光电效应
[08:25.32]红外线则很难产生光电效应
[08:30.14]物理世界的光电效应在生物世界同样适用
[08:34.62]正是因为光电效应
[08:36.42]动物的视觉才成为可能
[08:39.06]视觉的本质
[08:40.52]事实上就是发生在眼睛里的光电效应