編者按：每周中科院之聲會(huì)手繪一張“科學(xué)史小畫(huà)”，再由中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所給大家介紹小畫(huà)背后的故事。

科學(xué)史上被公認(rèn)的“奇跡年”只有兩個(gè)：第一個(gè)對(duì)應(yīng)1666-1667年那段時(shí)間，牛頓因躲避瘟疫回到故園，他在二項(xiàng)式定理、流數(shù)法（微積分）、光的顏色理論以及萬(wàn)有引力理論方面均有斬獲；第二個(gè)是1905年，愛(ài)因斯坦在光電效應(yīng)、布朗運(yùn)動(dòng)、相對(duì)論三個(gè)方面攻堅(jiān)克難、風(fēng)頭無(wú)兩！今天我們單說(shuō)其中的光電效應(yīng)。

19-20世紀(jì)之交，許多人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并研究了光電效應(yīng)，包括電磁波的發(fā)現(xiàn)者、大名鼎鼎的赫茲及其助手勒納德。光電效應(yīng)是怎么回事呢？當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象：金屬在某些光的照射下會(huì)發(fā)射出電子，但只有當(dāng)光的頻率高于一定值時(shí)才能從金屬表面打出電子；被光打出電子的速度只與光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。赫茲、勒納德等人對(duì)此百思不得其解，因?yàn)榘凑战?jīng)典的光學(xué)理論認(rèn)為，只要光強(qiáng)度足夠大，一定會(huì)把電子從金屬中打出來(lái)。令人悲催的事實(shí)是，電子是否被打出與照射光的強(qiáng)度沒(méi)什么關(guān)系。這一時(shí)難住了科學(xué)界的眾多“金剛羅漢”。

1905年3月，一位26歲的德國(guó)小伙子就要在這個(gè)問(wèn)題上一顯身手了。5年前大學(xué)畢業(yè)后，他有點(diǎn)時(shí)運(yùn)不濟(jì)，一直找不到一份穩(wěn)定的工作，1902年才在同學(xué)的幫助下謀得了瑞士專利局（伯爾尼）三級(jí)審查員的差事。1905年春天，兒子還不滿1歲，博士論文正準(zhǔn)備殺青，生活處在“水深火熱”之中。即便如此，他還在生日后的第三天——3月17日完成了論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》。這位小伙子便是愛(ài)因斯坦，由此吹響了奇跡年的第一聲號(hào)角，清澈而嘹亮。

在這篇論文中，愛(ài)因斯坦發(fā)展了1900年由普朗克提出的量子論，提出了光量子（光子）假說(shuō)，得出了光電效應(yīng)方程，一舉解決了前述難題：原來(lái)金屬中的自由電子只能一份一份地從光量子接受能量，而光量子的能量與頻率成正比。不但如此，光量子理論還首次揭示了光的波粒二象性。

當(dāng)年5月，愛(ài)因斯坦在給朋友哈比希特的信中提到了這篇論文，自信滿滿地稱它是一篇“非常革命性”的杰作。歷史印證了他的自信：愛(ài)因斯坦憑借該論文獲得了1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。