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量子力学,普朗克的能量团到底是什么爱因斯 [复制链接]

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量子力学中,普朗克引入能量团概念,为大家清晰地解释了电烤炉的无限能量问题。但是,他的能量团概念只是自己的猜测,没有丝毫的科学依据!事实上,无论是他自己,还是别的科学家,都不能找到一个信服的理由说明能量团概念的存在。

物理学家伽莫夫曾说:科学似乎喜欢喝酒,要么一口气喝一瓶,要么滴酒不沾;绝不会点滴流淌到天明!年,物理学界正为普朗克的猜测寻找新的证据时,爱因斯坦找到了解释,并因此获得了年的诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦表示:他的发现源于对“光电效应”的思考。年,德国物理学家赫兹发现:当电磁辐射(光)照射到某些金属时,金属会发出电子。众所周知:金属能成为良好的导电体,是因为内部的电子只是松散地被束缚在原子中。

当电磁辐射(光)照射在金属时,电磁辐射的能量激发金属里的电子,导致一些电子脱离束缚,产生导电现象。小编认为:这就像在阳光下我们会觉得皮肤暖洋洋的一样。

不过,当科学家研究光电效应时,却发现了一些奇怪的现象。大家很可能认为:随着光强(亮度)增加,电子射出的速度就会增加(这是因为入射电磁辐射的能量增加了)。但事实并非如此!虽然射出的电子的数目增加,但速度并未改变。

科学家还在实验中发现:随着电磁辐射的频率增大,电子射出的速度也会增大;电磁辐射的频率减小,电子射出的速度也会减小。(电磁辐射的频率有小增大,对应的是:光从红、橙、黄、绿、蓝、青,紫的转变)

但,如果电磁辐射的频率减小,甚至会出现电子射出的速度为0的时候。这时,不论光源的亮度多强,电子都只能停留在金属表面。因此,科学家认为:这是某种未知的原因,由入射光的颜色决定射出电子的速度与能量。

那么爱因斯坦是如何解释这一问题的呢?他建议用普朗克的波动能量包来重新描绘光的图景。在爱因斯坦看来:一束光可以被认为是一股光粒子流!(后来刘易斯为光的微粒起了一个好听的名字——光子)

小编用灯泡为大家举例。根据光的粒子推算,一只瓦的灯泡每秒会发出1万亿亿个光子,也就是说,这盏灯泡每秒的光粒子流是1万亿亿个光子!爱因斯坦利用这一概念,提出了光电效应背后的微观机制。

爱因斯坦用这个新概念提出了光电效应背后的微观机制。他表示:当电子被足够能量的光子击中,就会从金属表面逃逸!

那么,我们不禁要问:光子的能量是受什么决定的呢?跟着普朗克的思路,爱因斯坦认为:光子的能量正比于光波的频率(比例因数就是普朗克常量)。

光子只有具备相当数量的能量,才可以将电子从金属表面释放;不过,一个电子几乎不可能被几个光子同时击中(因为多数电子根本无法触碰到光子)。事实上,如果入射光的频率较低,光子就没有足够能量释放电子。因此,低频光束不论亮度多高,都不能释放任何电子。

因此,只要照射在金属表面的光子具备足够的能量元,就可以释放电子。当然,相同频率的光束,也可以通过增加光子数来增大总的强度。

例如:光子的数量越多,逃逸的电子数量越多。不过,金属表面逃逸的电子能量取决于击中它的光子的能量!这束能量由光束的频率(不是总强度)决定。

不论光源的强度大小,任何一个逃逸电子都携带相同的能量、具有相同速度。光源即便具有更强大的能量,也不过是多释放一些电子。如果想要增加电子的速度,只要提升光源的频率(增加光子具有的能量元)才可以。

现在的科学实验证明:爱因斯坦的猜测与实验结果完全相同。光的频率决定电子的速度;光的强度决定电子的数量。因此,爱因斯坦证明了普朗克的能量团猜想,就是反映了电磁波的特性:

电磁波由光子组成。它是一束光的量子。因为电磁波是由光子这样的基元构成,所以能量也就以“元”为单位了。好了,大家对于能量元,爱因斯坦的推测有什么自己的看法吗?欢迎在评论区留言!

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