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1905年,爱因斯坦对于光电效应给出另外一种解释。他将光束描述为一群离散的量子,现称为光子,而不是连续性波动。组成光束的每一个量子所拥有的能量等于频率乘以普朗克常数。假若光子的频率大于某极限频率,则这光子拥有足够能量来使得一个电子逃逸,造成光电效应。爱因斯坦的论述解释了为什么光电子的能量只与频率有关,而与辐照度无关。虽然光束的辐照度很微弱,只要频率足够高,必会产生一些高能量光子来促使束缚电子逃逸。尽管光束的辐照度很强劲,假若频率低于极限频率,则仍旧无法给出任何高能量光子来促使束缚电子逃逸。
与声波类似,声的高低与频率有关,频率越高,粒子的运动速度就越快,单个粒子具有的能量就越高,因此当频率小于20的声波,无论有多么强,都不会被听到。但是声音的传播速度与分子的运动快慢无关的,无论频率多少,无论声音的强度是多大,声音的传播速度只与传播声音的介质相关。
光是场态粒子相互诱导震荡传递的电磁波,必然具有粒子性和波动性。场态粒子震荡产生了电偶极矩,相互诱导使电偶极矩不断变化的过程。场态粒子本身就是粒子,当然具有粒子性。场态粒子一次震荡的相互诱导,就是一次虚拟粒子的传递。而这种震荡传递的不是物质而是能量,而能量体现在电偶极矩的变化量,宏观测量反应在频率上。
由于场态粒子散布于整个空间,一旦出现对称性破缺的电偶极矩发生变化,就产生强烈的恢复对称性的势,就立刻诱导其它场态粒子震荡。这就致使每一次电偶极矩变化的相互诱导震荡都即刻传递,不能累积,因此一次电偶极矩变化诱导的震荡只能激发出一个电子。一旦电偶极矩的电势能不足以使核外电子逃离原子核束缚,即使核外电子吸收场态粒子电偶极矩变化所转化的能量,也只能向更外的轨道跃迁,接受到的能量就转化为显态粒子的内能。
单个场态粒子一次震荡的能量与电偶极矩变化量有关,而整体传播过程表现为电磁波的频率。光的频率越小,就意味着电偶极矩的震荡变化量越小。光的频率如果低于红限,一个场态粒子的能量无法让一个电子逃脱束缚而成为自由电子,因此无论多强的光也不会产生光电效应。
只有达到一定的频率后,单个场态粒子电偶极矩震荡的能量才可以使一个电子摆脱束缚,这样才能产生光电效应。光的频率高于红限后,激发出来的电子数量与被激发的场态粒子数量有关。
预测与验证:
①所有的波(包括电磁波),都是有粒子振动(震荡)传递的,因此任何波都具有粒子性。任何波的实验都可以验证其粒子性,同时任何波都具有波动性。
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