第六层：光是光子

第六层：光是光子

光的电磁理论似乎能解释几乎所有东西，但还是有一点是电磁理论解释不了的。那就是光电效应，当光束照向金属板时，金属板的电子会被打飞，但是当时的物理学家们发现到这个实验存在两个问题：

（1）被轰飞的电子动能只和光的频率有关，和光强没关；

（2）如果光的频率低于某个阈值，无论光有多强，都不会发生光电效应。

这现象在当时是匪夷所思的，这是因为波动理论认为，不论红光蓝光或紫光，只要光的振幅足够大，或照射时间足够久，都能产生光电效应，就如同一个人搬不动的重物，可以让两个人来搬，人多总能把重物抬起来，然而实际情况下，再强的低频光或者是非常久的照射时间，也无法让电子离开金属板，只有高于某频率阈值的光才能让电子离开金属板。就好比搬重物时附加了两个限制条件：   

1、一个人一次只能搬一个重物，不允许两个人搬；

2、只有特定年龄或以上的人才能搬起重物；

如限定13岁以上的人才能搬起重物，那么无论来多少13岁以下的小孩都抬不动重物，因为一个小孩子一次只能一个人搬，不能全部人一起搬。

因此，爱因斯坦通过以上的实验，提出了光就是一种粒子，也就是光量子，俗称“光子”。如果把光当成是粒子，就能很好的解释光电效应：

1、（单个）光子的频率和能量有关，频率越高，能量越大。这解释了为什么只有频率达到某个阈值，才能轰飞电子；

2、电子一次只能吸收一个光子，这解释了为什么再强的光，或再多的光子也轰飞不了电子，爱因斯坦的光量子假说，完美的解决了光电效应问题，他也因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖，这也让光的微粒说重新占据了舞台。   

通过爱因斯坦的狭义相对论和光量子假说，物理学家们额外总结出了光的几个特性：

1、光速不变（真空）；

2、光子的质量为零。因为有质量的物体不可能达到光速；

3、光子感受不到时间的流逝；

因为以光速运动的物体的时间是静止的，所以光子的寿命是几乎无限的，是不会衰变的，是宇宙中最稳定的存在，这就是为什么137亿年前的光子依旧在宇宙中传播着，对于光子而言，光子从发射到吸收是瞬间发生的事。 

作者QQ及微信：49922779