跨越了四百年的疑惑和争执（3）

（对外在世界的认知 之十一）

在托马斯杨通过双缝实验确认了光的波动属性后，他的同族晚辈麦克斯韦尔（Maxwell）很快又在数学理论上进一步完善了对光的波属理论的定义。麦克斯韦尔发现光有电和磁的两重性特点，磁的波动形式是上下跳动，电的波动形式是左右摇摆，但是，它们都有明显的幅度，该高的时候就是波峰，该低的时候就会有波谷。光在传播时是磁和电在两个维度上的波动像辫子一样编在一起，成一条直线前行。1861年，麦克斯韦尔用数学等式描述了这两种波形结合在一起的样子。至此，在明确的实验展示和严谨的数学支撑下，光的波动说俨然成为理论界的共识，争论之声渐渐散去。

 

十九世纪末到二十世纪初的人们，对宇宙太空的认识不像我们现在知道的这样。那时的科学认为太空中密布一种介质，一种具有流动性的介质。这也是根据当时的认知，通过逻辑推导出来的结论。这个推论的前提是因为光是波，而波只有在介质中才能涌动传播，就像水里的波一样，没有流动性的东西，你不能让他流动，这是自古希腊阿基米德的时候就被想清楚的道理。所以，如果太空中没有那种可流动的介质，光是怎么从太阳传到地球上来的呢？于是，那时的科学家把这种假想的可流动的介质叫“以太”(Ether)。在inertnet 互联网发明之前，曾经流行过的一种计算机局域网Ethernet的命名就是来源于此。

 

到了1905年秋天，当时欧洲最具权威的学术期刊，德国《物理年报》的九月号上，刊登了一篇名为《关于光的产生和转换的探索及观点》的论文，文章作者署名，爱因斯坦，这是一个学术界从来没有听说过的名字。至此，大幕拉开，一个专利局小职员开启了他挑战历史经典的绝世传奇。很显然，爱因斯坦是有备而来。在这篇文章发表之前的同年五月，他曾写信给自己的朋友说，即将登出的有关光的属性的文章，会是“非常地具有革命性”，这个经过深思熟虑的“假设”代表了一种对已经奠定的传统的锐利冲击。

 

根据爱因斯坦的想法，把一块金属锌的盘片放入真空管中，然后用紫外线照射，能得到什么呢？能得到一种电的流动。这是由于光激活了理论中讲到的被称为电子的粒子，它从原子中松动出来（当然，这里的前提是你要相信原子和电子的存在，这是接下来又一个爱因斯坦使人确信了的事情）。如果光是波，按那时候的理论，越强的光照射到金属片的表面，就会致使越多的电子释放出来，致使越多的能量被这些跑出来的电子携带；换句话说，电的频率就会越高。实际上，电子的数量的确是随着光强度而升高，但电频率却没有随之升高。为什么呢，爱因斯坦在此借用了普朗克的能量模块观点来说明道理。

 

普郎克定义了光能量的输出单位（quanta）是极小不连续的小砖块，是没有实际意义的小怪物。爱因斯坦不这么看，他说，光能量的单位quanta贮留在空间的某一点，不可分地移动着，只能作为一个整体被生成或被吸收。爱因斯坦视这些小单位quanta既是粒子又是波动，即能像波那样振动的粒子。他赋予这些小模块同时具有能量和物质的属性，这就是后来被称作是photon光子的东西。所以，这里讲出来的道理是说，只有当光以粒子而不是波的身份有所作为时，它才能产生电流。

 

爱因斯坦这样的想法，在当时的物理学界当然算是离经叛道，这使得很多富有声望的人物站出来反驳他的观点。比如，后来得过诺贝尔奖的物理学家，发现过晶体中X光衍射现象的劳厄（Laue）就跟爱因斯坦为此打过多年笔墨官司。就这样，在惊异质疑争论纷纷扰扰走了十多年的时间之后，美国人密利坎终于通过实验证实了光电效应的说法。这使得爱因斯坦凭借他第一篇发表出来的论文中的一段不长的论述，获得了1921年诺贝尔物理奖，而密利坎自己也因为此项功劳获得1923年度的同名奖项。