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为什么光电效应不能用牛顿的粒子光理论来解释?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-12-09 09:08:52

嗯,爱因斯坦对光电效应的解释是牛顿粒子模型的一种胜利,可以说是一种短暂的复苏,但它不是一个完全的胜利。爱因斯坦的解释直接导致了与麦克斯韦方程的冲突,麦克斯韦方程是当时公认的光理论,也是一种波动理论。爱因斯坦立刻意识到这一点。在接下来的20年里,他花在调和这一明显矛盾上的时间可能比他在引力理论上花的时间多得多。

记住一点历史是必要的。牛顿认为,反射和折射本质上是几何现象,可以用粒子的直线运动来描述。他建立了一个基于粒子的光理论,并以他著名的棱镜实验为支撑,他说白光是由不同颜色的粒子组成的,这些粒子可以被分裂和重组。他进一步论证偏振效应不能简单地用克里斯蒂安·惠更斯现有的光波动理论来解释,在当时这是一个没有外力的论证。双折射是一个众所周知的现象,牛顿第一次能够定性地描述它,而惠更斯却不能,因为他有现在所谓的标量波理论。但惠更斯对干涉条纹等现象有更自然的解释,比如牛顿自己发现的著名的牛顿环。在牛顿和惠更斯时代,唯一真正明亮的光源是太阳。没有非常明亮的单色光,这使得解释实验更加困难。光学技术的发展也花了很长时间来实现精确的测量。

自从牛顿的粒子理论成为主导,一段他死后近一个世纪,更详细的解释极化现象最终被发达的他的光粒子,这应该是根据牛顿,从光源发出的周围大量成某种介质来源。

但并不是每个人都相信牛顿的理论——牛顿的理论得到了优先考虑,但它在解释绕射和干涉现象方面做了很大的努力,最后它也遇到了偏振的问题。

杨和阿拉戈的实验令人信服地确立了干涉和衍射现象,此后波动理论成为主流。当麦克斯韦建立了他描述电磁的著名方程时,波动理论就完成了,它完全成功地定量描述了已知的光的偏振、干涉和衍射,当然还有折射和反射。

所以当爱因斯坦重新引入光的微粒描述时,他又开始了这个古老的争论。但是牛顿的粒子没有类波性质,而爱因斯坦非常清楚,为了与麦克斯韦方程相一致,他的光量子必须是非常奇怪的粒子,并且必须重现干涉和衍射现象。

爱因斯坦并不是在重新引入牛顿的粒子理论。牛顿的理论在其原始形式下是行不通的。事实上,他引入了一种全新的东西,构建这个理论,并确定他实际上引入了什么理论,花了很长时间。事实上,马克斯·普朗克一开始就反对这个理论,因为他认为它与麦克斯韦方程组矛盾,无法调和。他实际上认为引入光量子会严重阻碍辐射理论的发展。在与爱因斯坦交谈之后,他最终被说服使用光量子。
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