普朗克提出電磁波攜帶的能量是量子化的，不同頻率電磁波的能量量子為hν，但他并沒有提到電磁波為什么會出現(xiàn)這一份一份的能量單元，而且他認(rèn)為這一份一份的能量單元仍然是一種振動的波。

愛因斯坦則敏銳地認(rèn)識到，這一份一份的能量單元里大有文章。當(dāng)時已經(jīng)知道光是一種電磁波，他把黑體輻射和光電效應(yīng)的實驗現(xiàn)象結(jié)合起來考慮，又思考了牛頓的光粒子學(xué)說，從而認(rèn)識到，如果把這一份一份的能量量子看作是粒子，光通過具有粒子性的能量量子進(jìn)行傳播并與物質(zhì)發(fā)生相互作用，則光電效應(yīng)問題迎刃而解。愛因斯坦將這種能量點粒子稱為光量子，后來人們改稱為光子。

愛因斯坦給出了光子的能量公式，即，E=hν

式中，E為每個光子的能量，ν為光的頻率。

1905年，愛因斯坦發(fā)表了闡述這一觀點的論文，題為《關(guān)于光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》。他在論文中將光電效應(yīng)作為光子理論的一個事例進(jìn)行了解釋，并從理論上推導(dǎo)出了描述光電效應(yīng)的光電方程。

他在論文中這樣寫道：

“在我看來，關(guān)于黑體輻射、光致發(fā)光、光電效應(yīng)以及其他一些有關(guān)光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的實驗，如果用光的能量在空間中不是連續(xù)分布的這種假說來解釋，似乎就更好理解。按照我的假設(shè)，從點光源發(fā)射出來的光束的能量在傳播中不是連續(xù)分布在越來越大的空間之中，而是由個數(shù)有限的、局限在空間各點的能量量子所組成，這些能量量子能夠運動，但不能再分割，而只能整個地被吸收或產(chǎn)生出來。”

光子學(xué)說可以很好地解釋光電效應(yīng)。因為每一個光子的能量都是固定的hν，那么光照射到金屬表面，金屬所受到的打擊主要取決于單個光子的能量而不是光的強(qiáng)度，光的強(qiáng)度只是光子流的密度而已。

打比方來說，光子就是子彈，能否打穿鋼板只取決于子彈的動能，而與子彈的發(fā)射密度無關(guān)。如果是大口徑步槍，一顆子彈就能擊穿鋼板，如果是玩具手槍射出的塑料子彈，一百把手槍同時發(fā)射也打不穿鋼板。

在光電效應(yīng)實驗中，紫外線就是大口徑步槍的子彈，可見光就是玩具手槍的子彈，所以很弱的紫外線就可打出電子，而再強(qiáng)的可見光也打不出電子，因為可見光的強(qiáng)度高只不過意味著塑料子彈密集發(fā)射而已。

因為光子能量是hν，所以被光子打出來的電子的動能就與光的頻率ν成正比，而與光強(qiáng)無關(guān)。

1909年，愛因斯坦在一次國際會議上進(jìn)一步提出光子應(yīng)該具有動量。1916年，他在另一篇論文《關(guān)于輻射的量子論述》中給出了光子的動量公式為，

p=h/λ

式中，p為每個光子的動量，λ為光的波長。

其實推導(dǎo)光子的動量公式對愛因斯坦來說相當(dāng)容易，他將自己的得意之作狹義相對論中的質(zhì)能方程用在光子身上，得到光子動能為，

E=mc2

而在他的光量子理論中光子動能為，

E=hν=hc/λ

二者聯(lián)立起來，就得到，

p=mc=h/λ

式中，c為光速，它既是光子運動的速度，也是電磁波傳播速度。

在此愛因斯坦巧妙地將代表波動性的能量公式E=hν和代表粒子性的能量公式E=mc2結(jié)合在一起，實現(xiàn)了波動性和粒子性這兩種表現(xiàn)形式的統(tǒng)一。

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