光的本質(zhì)如何被揭示

劉堯香

光到底是什么？尋求這個問題的答案，過程漫長而又復(fù)雜，正是對光的本質(zhì)不斷追尋和探討，推動了人類文明尤其是近代物理學(xué)的發(fā)展。

最初對于光本質(zhì)的認(rèn)識，主要有兩大學(xué)說：微粒說和波動說。以牛頓為代表人物的微粒說，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，它們一個接一個接連不斷地向周圍四面八方迅速發(fā)射出來，并且高速沿直線飛行，這些粒子入眼會沖擊視網(wǎng)膜從而引發(fā)視覺。而波動說則認(rèn)為光是一種波，它與聲波有著相似的性質(zhì)。兩大學(xué)說間的爭論從未休止，直到1905年愛因斯坦由對光電效應(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)體等的表面會發(fā)射出電子，這個現(xiàn)象是被證明電磁波存在的赫茲發(fā)現(xiàn)的，而在當(dāng)時無論是微粒說還是波動說，都不能給出合理解釋。而愛因斯坦則成功破解了這個難題，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)物體表面時會將自身的能量“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，從而形成電流。

愛因斯坦的“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。這對于現(xiàn)代人類世界來說意義重大，因?yàn)樯铍x不開電。少數(shù)發(fā)達(dá)國家人均每年用電已達(dá)1萬千瓦時以上。1萬千瓦時電約等于1.229噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而太陽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500萬噸煤。如何把這天然能源利用起來？科學(xué)家發(fā)明了太陽能電池，利用光電效應(yīng)將太陽能直接轉(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，它們無處不在。科學(xué)就在你我身邊，只要你的雙眼善于發(fā)現(xiàn)。