第16部分 (第2/4頁)

有非常確定的截止頻率(也稱為閾頻率),入射光的頻率必須超過這個截止頻率,才能產生電子,否則,不論光強多大,都無電子逸出。

孫元起的論文就從剽竊林納的發現開始,首先用實驗表明光電效應的四個主要特徵,並測出幾種金屬的截止頻率。然後說明光電效應的實驗規律不能用已有的波動說理論加以解釋。經典物理認為,電磁波是一種橫波,其能量連續分佈在波上。當它照在金屬上時,橫向電場作用到金屬表面的電子上,電子就得到能量。當電子集聚的能量達到一定程度時,電子就能脫離原子的束縛而逸出。電磁波的強度和電場強度的平方成正比,因此,給予電子的能量肯定應當取決於電場強度,所以我們應當期望出射電子的最大能量取決於光強(每秒入射到單位面積的能量),而和頻率無關。但從實驗觀察中可知,絕非如此。這是論文的第一部分。

論文第二部分起,開始發展在之前《輻射強度與光波長之間的函式關係》中提及的量子學說,提出了光的粒子說“光量子假說”,用來解決光電效應問題。認為應當把光當成是由一個個的能量包所組成的,每一個能量包的能量是e,且每一個包都以某種方式保持其本體,以致使其全部能量可以集中在一個單一電子上。光在空間的傳播像粒子那樣運動,當光射到金屬表面時,能量為e的光子被電子吸收,電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對它的束縛,另外一部分就是電子離開金屬表面後的動能。並得出著名的光電方程。即光子能量小於金屬表面對電子的束縛時,電子不能脫出金屬表面,因而沒有光電子產生;當光子能量大於金屬表面對電子的束縛時,電子會立即脫出金屬表面,以剩餘能量作為動能運動;光子的頻率決定了光子的能量,也就決定了電子的能量;光子的強度只是決定光子的數目,光子多,產生的光電子也多。這樣,經典理論不能解釋的光電效應就被解釋了。;

同時也指出,根據光量子說可以立刻解釋光電效應,但是用來解釋光的干涉和衍射現象時又會遇到困難。從而認為光具有“波粒二象性”。

緊接著,是論文的第三部分,則是包括密立根、康普頓、威爾遜所做的實驗——因為孫元起手中沒有實驗器材,只能設計實驗方案,並“預計”實驗結果。比如,仔細測量了光的頻率和逸出電子能量之間的關係,“可以”驗證了光電效應量子公式。把x射線投射到石墨上,以觀測被散射後的x射線,可以發現其中有兩種不同的頻率成分:一種與入射射線相同,另一種則會低於入射射線。使用“設想”中的雲室,可以觀測到帶電粒子的軌跡。這表明起作用的不僅是光子的能量,還有它的動量……因為現在,偉大的愛因斯坦還沒有提出狹義相對論,所以很多東西需要、曲折地隱晦地指出。這比直接指出還麻煩。

1922年,愛因斯坦因光電效應獲諾貝爾物理獎。而康普頓因發現康普頓效應、威爾遜因發現用蒸汽凝聚觀測帶電粒子軌跡的方法,分享了1927年的諾貝爾物理學獎。由此可以想見這些發現與發明的巨大影響。

這篇論文花了孫元起兩個月的時間,寫了九十多頁。寫完之後,才有些猶豫,這麼個大小的篇幅有點兒不上不下:作為一本專著,嫌小;作為一篇論文,太大。

“算了,不考慮了,還是讓《science》的編輯煩惱去吧!”孫元起心想。至於能不能發表,這從不在孫元起關注的範圍內。試想能寫進《物理學史》的東西,能不重要麼?這麼重要的東西,能不發表麼?然後便把論文裝進信封,寄給了美國。

在忙亂中,日子過得飛快。

等孫元起論文投寄出去的時候,已經是1899年的九月了。京師大學堂、崇實中學都已經結束暑假,開始了新學期。孫元起又開始了每天的奔波。至於孫元起的那四個學生,每天

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