1887 年，德国物理学家赫兹做了一个实验，发现了大名鼎鼎的光电效应。

赫兹在研究电磁波的实验中发现，假如用一束光照射在相隔得非常近的两个铜球上，铜球之间会产生电火花。他当时并不了解，这就是日后大名鼎鼎的“光电效应”。当金属被光照射到的时候，就会有电子跑出来。但，并非什么光都行，譬如紫色光能打出电子，但黄色光就不可以。原来，光的颜色是由光波的频率决定的，振动得越快，表示频率越高。对于某种特定的金属来讲，只有当频率超越了某个数值，才能打出电子来，不然，就算照射的时间再长，也不可以打出电子来。

这个现象立即就让波动派的物理学家们感到震撼，他们感到波动学说的理论根基被动摇了，为何呢？由于波的能量传递是连续的，假如光是一种波，也就意味着光的能量是连续不断地被金属所吸收的，那样电子在吸够了能量后，就应该跑出来了嘛。

这个实验成了不少物理学家们的梦魇，直到 1905 年，一位大神的出现，才解决了这个难点，他就是爱因斯坦。

而爱因斯坦是遭到了另外一位著名物理学家——普朗克的启发。在19 世纪中后期，西方每个主要工业国家都在大炼钢铁。当时的人如何测量钢水温度呢？答案是：用双眼看。钢铁在被加热的过程中，先是微微发红，然后变得通红通红，再变成黄色。倘若温度再高，就会变成青白色。有经验的炼钢工人通过察看钢水的颜色，就能估算出温度，但精准度很难得到保证。

于是，当时的科学家们想搞了解温度与发光颜色的精准数学关系，也就是温度与光频率之间的数学关系式。但之前找到的公式不可以非常不错解决这个问题，要么在高温发散，要么在低温发散。直到普朗克第一个找到了不发散的公式，就是普朗克“黑体辐射公式”。

普朗克公式中有个假设非常奇怪，就是：能量有一个最小单位，高温的物体发射出的某种频率的光是一份一份发射出来的，而不是连续发射出来的。

普朗克陷入了深深的忧虑之中。由于以伽利略、牛顿为首的经典物理学家们都有一个最最基本的信念，那就是所有都是连续的，所有都是可以被不断细分的。米可以拆分成厘米，厘米可以拆分成毫米，还可以继续拆分成微米、纳米。但，普朗克为了计算出黑体辐射公式，不能不推翻了这个观念，他只能假定能量是不可以被无限细分的，而是有一个最小颗粒的。这对观念的冲击实在是太大了。

假如一个物理量是一份一份，是不连续的，就被叫做“量子化”，但普朗克自己都很难同意如此的假定。而爱因斯坦却将光电效应与普朗克的理论联系在了一块。

爱因斯坦想，原子对光的吸收也是一份一份的，每一份叫做一个“光量子”，也就是后来讲的光子。每一个光子的能量和频率成正比，就是说频率越高，能量越大。只有能量足够大的一个光子，才能把一个电子从原子里边砸出来。倘若频率不够高，那样任凭你如何砸，都是没用的。

这就是爱因斯坦对于光电效应的讲解。美国的密立根做了 10 年的实验，历程了千辛万苦，终于证明了爱因斯坦是对的。光电效应明确地表明，光具备粒子的特质，一颗颗光子就像一颗颗炮弹。牛顿的微粒说来了一次逆袭。科学家们终于认识到，光既是一种波也是一颗一颗的粒子，是波还是粒子，重点看你怎么样测量，这就是光的波粒二象性。

波粒二象性开启了量子力学的大门，而量子力学将为人类打开一片神奇无比的新国内。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品作者：科学声音

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