光的本質(zhì)如何被揭示

劉堯香

光到底是什么？尋求這個(gè)問(wèn)題的答案，過(guò)程漫長(zhǎng)而又復(fù)雜，正是對(duì)光的本質(zhì)不斷追尋和探討，推動(dòng)了人類文明尤其是近代物理學(xué)的發(fā)展。

最初對(duì)于光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，主要有兩大學(xué)說(shuō)：微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)。以牛頓為代表人物的微粒說(shuō)，認(rèn)為光是發(fā)光體所射出一顆顆像彈丸一樣的粒子，就像槍打出的一發(fā)發(fā)子彈，在真空中或者均勻物質(zhì)中，它們一個(gè)接一個(gè)接連不斷地向周圍四面八方迅速發(fā)射出來(lái)，并且高速沿直線飛行，這些粒子入眼會(huì)沖擊視網(wǎng)膜從而引發(fā)視覺(jué)。而波動(dòng)說(shuō)則認(rèn)為光是一種波，它與聲波有著相似的性質(zhì)。兩大學(xué)說(shuō)間的爭(zhēng)論從未休止，直到1905年愛(ài)因斯坦由對(duì)光電效應(yīng)的解釋，提出了“光子”的概念。

光電效應(yīng)即光的照射下某些物體，如金屬、半導(dǎo)體等的表面會(huì)發(fā)射出電子，這個(gè)現(xiàn)象是被證明電磁波存在的赫茲發(fā)現(xiàn)的，而在當(dāng)時(shí)無(wú)論是微粒說(shuō)還是波動(dòng)說(shuō)，都不能給出合理解釋。而愛(ài)因斯坦則成功破解了這個(gè)難題，他指出光不僅只具有波的性質(zhì)，它由一群具有能量的“光子”組成，當(dāng)光子到達(dá)物體表面時(shí)會(huì)將自身的能量“整份”傳遞給物體內(nèi)部的電子，使電子能脫離束縛，在物體表面自由移動(dòng)，從而形成電流。

愛(ài)因斯坦的“光子”概念完美解釋了光電效應(yīng)，并且重新定義了光的本質(zhì)，揭示了光的波粒二象性，更是打下了量子力學(xué)這門(mén)重要學(xué)科的基石，這項(xiàng)成就讓他榮登1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的寶座。而光電效應(yīng)也正改變著世界，因?yàn)樗嬖V我們，只要有光，就可以發(fā)電。這對(duì)于現(xiàn)代人類世界來(lái)說(shuō)意義重大，因?yàn)樯铍x不開(kāi)電。少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家人均每年用電已達(dá)1萬(wàn)千瓦時(shí)以上。1萬(wàn)千瓦時(shí)電約等于1.229噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而太陽(yáng)作為我們最大的光源，每秒鐘照射到地球上的能量相當(dāng)于500萬(wàn)噸煤。如何把這天然能源利用起來(lái)？科學(xué)家發(fā)明了太陽(yáng)能電池，利用光電效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能。

現(xiàn)在，手機(jī)、相機(jī)的感光元件、閃光燈、太陽(yáng)能路燈……生活中已充滿了利用光電效應(yīng)制作的光電器件，它們無(wú)處不在?？茖W(xué)就在你我身邊，只要你的雙眼善于發(fā)現(xiàn)。