物理学史话（一）-波粒之争( 二 ) 在物理学史上

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麦克尔逊和莫雷用双臂干涉实验证实了”以太”并不存在。有意思的是，虽然”以太”被否定了，但是，惠更斯原理却被发展保留至今，用于解释光的衍射等现象。尽管作为假想的光传播介质”以太”最终被实验所否定了。但是，波动学说从其诞生之后，就被各种陆续的发现所证实。其中，最著名的是托马斯·杨（TomasYoung）于19世纪初所做的双缝干涉实验。在这个实验中，杨让一束自然光通过一张纸上开的小孔（形成点光源），然后再让这束光通过开有两道狭缝的屏障，最终，在双缝后侧的显示屏上得到了明暗相间的条纹。

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杨的双缝干涉实验示意图
杨氏双缝实验结果完全可以用波的干涉原理予以解释：明条纹是通过双缝后的两列相干光波振动加强位置，暗条纹是振动削弱位置，并可以根据双缝位置以及缝与屏幕之间的距离计算明暗条纹的位置和宽度等，当两缝到屏幕的距离差等于波长整数倍时，两列光波在此互相加强形成亮条纹，如果是半波长整数倍，两列光波在此互相削弱形成暗条纹。双缝实验给光的波动学说提供了有力的证据，颠覆了过去对光本质的看法，使得波动学说占据上风。此后，虽然在一些方面存在争论，但是证据朝着波动方向发展。及至19世纪70年代，麦克斯韦建立了电磁场理论之后，统一了光和电磁现象，人们认识到可见光只是广大电磁波谱中的一小段。此外， 1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，使麦克斯韦电磁理论预言变为现实，光的波动学说也确立了统治地位，似乎可以为光的波粒之争画上了句号。物理学发展到了19世纪后半叶，进入了巅峰时期，因为经典物理的各领域理论相继成熟，包括光、热、力、电、磁都已经形成了成熟的理论体系。甚至有些科学家认为物理学已经完备了，将来只是修修补补使精度更高。据说量子物理创始人普朗克在上大学时，他的导师曾告诉他说，物理学已经没有什么事情可做了，并建议他转学其他专业。

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但事实上那时经典物理并非尽善尽美。其实，就在赫兹发现电磁波的实验当中，有一个细节被发现:就是当有光照射在他的电磁波接收装置上时（接收器是一铜环，环上有个小缺口，缺口的两端有两个的铜球），接收器似乎更容易产生放电火花。

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赫兹电磁波验证实验装置示意图。振子充电后与线圈形成振荡电路，对外发射电磁波。当接收器（谐振器）接收到电磁波后，与之发生谐振，于是，在谐振器的两个铜球之间放电形成电火花
赫兹把这个现象写在论文里，不过没有人重视，后来人们将这个现象称之为光电效应，就是一些金属在光的照射下会从表面溢出电子的现象。在光电效应现象中，至少有两点与光的波动理论是不符合的。一是金属被光照射溢出电子的条件，只与光的频率相关而与入射光的强度无关，这个现象无法用波动理论来解释;另一个现象是光电效应的瞬时性，只要光一照射，就立刻有电子溢出。按照波动理论，入射光较弱时需要持续照射一段时间，让电子累积吸收些能量才能逃逸金属原子核的吸引。