光电效应是量子力学发展的关键实验基础之一。
光电效应首先由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年发现,对发展量子理论及提出波粒二象性的设想起到了根本性的作用。
那么光电怎么发生作用的呢?光的速度又是多少呢?
赫兹在柏林大学随赫尔姆霍兹学物理时,受赫尔姆霍兹之鼓励研究麦克斯韦电磁理论,当时德国物理界深信韦(wéi)伯(bó)的电力与磁力可瞬时传送的理论。因此赫兹就决定以实验来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。
赫兹的实验装置很简单:它的主要部分是一个电火花发生器,有两个大铜球作为电容,并通过铜棒连接到两个相隔很近的小铜球上。导线从两个小球上伸展出去,缠绕在一个大感应线圈的两端,然后又连接到一个梅丁格电池上,赫兹然后合上了电路开关。
顿时,无形的电流穿过装置里的感应线圈,开始对铜球电容进行充电。当电压上升到2万伏左右,两个小球之间电荷就可以从中穿过,往来于两个大铜球之间,从而形成一个高频的振荡回路(LC回路)。
过了一会儿,随着细微的“啪”的一声,一束美丽的蓝色电花爆开在两个铜球之间,细小的电流束在空气中绽放出幽幽火花。因为每一次的振荡都伴随着少许能量的损失,使得电容两端的电压很快又降下来。于是这个装置养精蓄锐,继续充电,直到再次恢复饱满的精力,开始另一场火花表演。
现在一切都清楚了,电磁波真真实实地存在,证实了麦克斯韦的理论,物理学的一个新高峰―电磁理论终于被建立起来。伟大的法拉第为它打下了地基,伟大的麦克斯韦建造了它的主体,而今天,他―伟大的赫兹―为这座大厦封了顶。
赫兹小心地把接收器移到不同的位置,电磁波的表现和理论预测的分毫不差。根据实验数据,赫兹得出了电磁波的波长,把它乘以电路的振荡频率,就可以计算出电磁波的前进速度。这个数值在可容许的误差内恰好等于30万公里/秒,也就是光速。
原来我们平时见到的光就是电磁波的一种。
1889年在一次著名的演说中,赫兹明确的指出,光是一种电磁现象。第一次以电磁波传递讯息是1896年意大利的马可尼开始的。1901年,马可尼又成功的将讯号送到大西洋彼岸的美国。20世纪无线电通讯更有了异常惊人的发展。赫兹实验不仅证实麦克斯韦的电磁理论,更为无线电、电视和雷达的发展找到了途径。
我有时候在想,宇宙间,有光,从遥远的地方而来,所以我们看到了虚空中的美丽。如果,没有光,我们是不是就不能感知宇宙的存在和奥秘?
就好像王阳明和笛卡尔的唯心论,“我思故我在”,山上那桃花,当我在看到它的时候,它才存在!
嗯?我好像错了,黑洞里连光都逃逸不出来,但是伟大的科学家们却能够探测到了黑洞。
让我们再是回到赫兹的那个实验室里来吧,铜环接收器的缺口之间不停地爆发着电火花,但这个火花很暗淡,不容易观察,于是赫兹把它隔离在一个黑暗的环境里。他甚至把发生器产生的那些火花光芒也隔离开来,不让它们干扰接收器。
这个时候,奇怪的现象发生了:没有光照时,我们的两个小球必须靠得更近才能产生火花。假如我们重新让光(特别是高频光)照射接收器,则电火花的出现就又变得容易起来。
赫兹对这个奇怪的现象百思不得其解,不过他记录了下来,并写成一篇论文,题为《论紫外光在放电中产生的效应》。
连赫兹自己也不知道,他已经亲手触摸到了“量子”这个新概念。这个我们下回再学习。
那么大家说说,是光让我们感知到世界的吗?
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