033:爱因斯坦奇迹年
为什么会发光?
在物理学上,无论是氧化反应的燃烧,还是雷雨天气电子束对空气的击穿效应,发光一般会认为发生了电子跃迁,而电子跃迁的最早的理论依据是“光电效应”。
光电效应说的是在特定情况下,光会产生电流的现象。
光电效应最早是在1887年,由德国物理学家赫兹在一次实验中发现,后来人们为了纪念这位伟大的物理学家,在国际单位上,频率的单位就是以赫兹来命名。
1905年,现代物理学家,犹太裔物理学家,阿尔伯特·爱因斯坦首次提出了“光量子”的概念,成功解释了光电效应。
而这一年又被称为“爱因斯坦奇迹年”。
1995年,仿佛是上帝亲吻了爱因斯坦的额头,爱因斯坦在德国《物理年鉴》上一连发表了六篇划时代的论文。
成功解释光电效应的,是爱因斯坦的第一篇论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》。
而第四篇论文《论动体的电动力学》,就是后来闻名于世的狭义相对论!
根据爱因斯坦的解释,频率大于某一临界值的光,照射到一个金属箔上,金属箔中的核外电子会吸收光量子的能量,从而达到了逃逸所需的能量。逃逸的电子形成了电流,也就是光电效应。而逃逸之后的电子,爱因斯坦称其为‘光电子’。
爱因斯坦在解释光电效应的论文中,提出的‘光量子’,也就是后来量子力学中的‘光子’。
爱因斯坦认为,是否发生光电效应,和光照时间没关系,和光照面积也没有关系,只和每个光量子所携带的能量有关系,而光量子的能量只与光的频率有关系,即E=hv。
‘h’是普朗克常数,‘v’是光的频率。
1900年,普朗克提出“能量子”的概念,标志着量子力学的正式开始,但是标志着物理学正式走进量子领域的,却是爱因斯坦的‘光量子’。
普朗克和爱因斯坦虽然都是量子力学的先驱者,但是身为量子力学之父的普朗克,却是坚决反对爱因斯坦的‘光量子假说’!
因为普朗克是“波动派”的坚持着,而爱因斯坦提出的光量子,把光推向了“粒子派”……
‘光量子假说’为后来德布罗意提出‘波粒二象性’打下了坚实的基础。
爱因斯坦关于光电效应的这一解释,在1916年,被美国实验物理学家罗伯特·密立根,用十年的时间证实了其正确性,罗伯特·密立根因此这一证明获得了1923年诺贝尔物理学家。
而爱因斯坦因此获得了1921年诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦在物理学上的地位可以说是南天一柱,可1921年的诺贝尔物理学奖,是爱因斯坦获得的唯一一个诺贝尔物理学奖,不是因为石破天惊的狭义相对论,也不是因为空前绝后的广义相对论……
而是因为解释了光电效应。
当然不是说爱因斯坦成功解释光电效应不重要,而是与爱因斯坦的相对论相比,解释光电效应就稍显的不那么重要了。
对于很多理论,物理学上都有一种统一的认知。即便是提出某种理论的人在当时没有提出来,而在几年之后一定会有另外一个人提出来,光电效应便是如此。
也就是说爱因斯坦即便没有解释光电效应,几年之后一定还会有人解释。因为这个理论之下早已经汇聚了很多的前人,脚下的巨人已经形成,总会有人伸手去摘下那个苹果。
但是相对论则不然,如果爱因斯坦没有提出广义相对论,物理学上没有人知道后面多少年才会有人提出来。
所以相对论没有获得诺奖,才会让很多人觉得可惜。
关于相对论没有获得诺贝尔奖的原因,有人说是因为相对论的超前性,导致了当时没有人能看得懂相对论,这才导致爱因斯坦没有因为相对论获得诺贝尔奖。
不过这一说法未免太小看瑞典皇家科学院的物理学家了!
还有人说相对论的理论在当时只是一种假说,并没有实质性的证明,所以也注定相对论无法获得诺贝尔物理学奖。
可是在1919年的时候,英国物理学家爱丁顿在观测日全食的时候,发现了光线弯曲现象,这已经是广义相对论‘时空弯曲’最好的证明。
1919年,当时科学界最权威的物理学家之一,荷兰物理学家洛伦兹表明:日全食观测结果,是广义相对论最光辉的证实之一。
1919年,英国皇家学会主席,卡文迪许实验室主任,1906年诺贝尔物理学奖获得者,J·J·汤姆逊也宣称:爱因斯坦的广义相对论是牛顿时代以来,物理学上最重要的进展,是人类思想上的最高成就之一。
就连当初奉劝爱因斯坦不要搞广义相对论的普朗克,也在日全食观测结果之后,在1919年为爱因斯坦的广义相对论,提名诺贝尔物理学奖!
为什么在这么多物理学家的坚持中,广义相对论还是被诺奖拒之门外?
可能很多人并不知道,爱因斯坦虽然获得的是1921年的诺贝尔物理学奖。可是1921年的诺贝尔奖却是在1922年才颁布,直到1923年爱因斯坦才领奖。
1921年的诺贝尔奖,实际上是轮空的。
诺贝尔奖一共设立了五个奖项,分别是物理学奖、化学奖、和平奖、生理学或医学奖、文学奖。
1921年,其他四个奖项都是照常颁布,只有诺贝尔物理学奖轮空。
而这一年,包括量子力学之父的普朗克在内的十多位物理学家,共同提名由爱因斯坦的广义相对论获得当年的诺贝尔奖。
其中普朗克更是赞誉道:“爱因斯坦的广义相对论,已经超过了牛顿力学。”
但是可惜的是爱因斯坦依然没有在1921年获得诺贝尔物理学奖。
这么多科学大佬们都提名让广义相对论获得诺奖,为什么诺奖评委们宁愿把1921年的诺贝尔物理学奖轮空,也不愿将诺奖颁给爱因斯坦?
