1905年爱因斯坦提出了光子的概念,这在中学学光电效应时就讲到了:一个 光子能量等于其频率乘以普朗克常数( E= h \nu )。因此,爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖。这个成就看起来简单,但却是超越时代的。怎么见得? 在爱因斯坦提出光子概念后20年,波尔 (Bohr) 等人依然坚决反对光子说。即使到今天,还有人不懂爱因斯坦这一突破性贡献及其深远影响。 为了理解爱因斯坦光子理论的超越性,我们必须先回顾一下当时物理学的背景。十九世纪初,托马斯-杨进行了双缝干涉实验,清楚地证证明了光是一种波。后来,1860年代,麦克斯韦尔发表了其著名的方程组,解出电磁波动方程,明确光是一种电磁波。麦克斯韦尔的理论被各种实验证明,并已经得到了广泛的技术应用。 在 其解释光电效应的论文中,爱因斯坦首先回顾了普朗克的黑体辐射理论 。1901年,普朗克用麦克斯韦尔理论分析了一个空腔内的电磁震荡(驻波),为了解释黑体辐射的实验结果,他不得不假定这些电磁驻波的能量不是连续的,而是一份一份的,驻波的最小能量份额是 h \nu 。爱因斯坦在其光电效应论文中首先指出,普朗克的结果在极限情况下可以用理想气体的分子统计理论解释。爱因斯坦发现,如果把辐射看成一种粒子,用分子统计力学计算出的热学性质与普朗克的结果相同。从这一点开始,爱因斯坦进行了一个巨大的思想飞跃。他写道:【 从一个点光源发出的光线不是连续地分布于扩展的空间,而是由有限数量的能量量子组成,这些能量量子局域于空间点,它们在运动而不再可分,它们只能被整个产生或者吸收】(英文译文: the energy of a light ray spreading out from a point source is not continuously distributed over an increasing space but consists f a finite number of energy quanta which are localized at points in space, which move without dividing, and which can only be produced and absorbed as complete units.) 换言之,在爱因斯坦理论里,光的最小组成部分是一个个不可再分的、点状的粒子。这似乎完全颠覆了已经建立在坚实的实验与理论基础上的光的电磁波理论。值得注意的是,爱因斯坦本来并不需要提出光由点状粒子组成的理论,而可以只是假设在辐射的物理过程中,能量只能以量子化形式吸收或者发射。光的点状粒子的理论在当时无法解释杨氏双缝实验,因为点状粒子不可能同时通过两个缝。但实验证明,爱因斯坦从理想气体的统计理论得出的物理洞察力是超越性的。 爱因斯坦的光子理论提出之后,遇到了坚决的反对,反对者包括波尔等人。波尔虽然创立了量子化的氢原子能级理论,但他无法放弃光的麦克斯韦尔电磁波理论。可以说,波尔对光与电磁波的理解与普朗克停留在同一个物理层次。但爱因斯坦的光子理论不断得到实验验证。其论文发表之后约10年,密立根的光电效应实验结果完全符合爱因斯坦的理论。近20年后,康普顿散射等试验进一步证明了爱因斯坦的光子理论。试验表明,当X射线与电子发生散射时,X射线的频率发生变化,这一变化可以而且只能用光子与电子的能量、动量交换解释。康普顿散射可以视为光粒子与电子的弹性碰撞,如同两个小球的撞击,动量与能量的守恒决定了碰撞后球体的能量与动量。 1925年海森堡等人提出较为完整的量子力学之后,粒子具有几率波成为了普遍的规律,光子具有波动性也就变得平常。但是海森堡与薛定谔的量子力学仍然无法解释光子。用薛定谔方程分析辐射现象属于半经典理论---电子用量子方程描述,但里面的电磁作用是经典的麦克斯韦理论,通过minimum coupling 出现在电子的动量中。真正的光子理论要等到量子电动力学--- QED -- 的发展与完善 -- -- 这是一种 U(1) 规范量子场论。 单是光子理论一项,爱因斯坦深邃的洞察力与敏锐的直觉就超越时代数十年。
爱因斯坦 所 说 :" 世界可以由音乐 的 符号组成 。" 摄影 VANO 地点 东京 音乐 Music Is the Healing Sounds of the Natural World Music Is the Healing Sounds of the Natural World - SeKinChan2013.mp3
一 篇“基督教”世界之最 的文章把牛顿、爱因斯坦、爱迪生、居里夫人等人列入他们的教友阵容,这是十足的谎言。 我在《 牛顿、爱因斯坦信基督教吗? 》一文中 指出,牛顿把基督扔入了垃圾。 牛顿那个时代,欧洲人生下来就是基督徒,不信基督是可能像布鲁诺一样被教会绑在十字架上活活烧死的。牛顿从小受的是基督教教育,当然受到基督教的影响。作为 自然神论者,牛顿承认有个造物主,但是否定教廷的其他一切,包括否定耶稣与三位一体。 “ 'In Newton's eyes, worshipping Christ as God was idolatry , to him the fundamental sin'. As well as being antitrinitarian , Newton allegedly rejected the orthodox doctrines of the immortal soul 。” 我准确的翻成中文如下:“在牛顿眼里,把基督当成神来崇拜是偶像崇拜,是根本的罪恶。牛顿而且反对三位一体说,反对教会关于灵魂不死等正统教条。” 什么叫偶像崇拜( idolatry ) ,教徒们应该懂的,那是大罪。 牛顿把信基督当成了 idolatry 扔进了垃圾堆。 牛顿之后两百多年的爱因斯坦当然更会现代,他说 “上帝这个词对我而言不过是人类弱点的一个表现与产物,圣经是一些可敬但依然原始的传说” ( "The word God is for me nothing more than the expression and product of human weaknesses, the Bible a collection of honourable, but still primitive legends. ")。 居里夫人出生于天主教家庭,但是在她10多岁时就抛弃了宗教投入科学研究。居里夫人说:"Pierre belonged to no religion and I did not practice any." 托马斯-爱迪生也根本不信教,他写道:"I have never seen the slightest proof of the religious theories of heaven and hell, of future life for individuals, or of a personal God. If there is really any soul, I have found no evidence of it in my investigations." 基督徒们如果能举出其教友的成就,只管列出,但是请不要撒谎。 另外, “基督教”世界之最把哥白尼列入了他们的教友。这有点无耻。哥白尼那个时代的欧洲人都是基督徒,但众所周知,哥白尼是替宗教敲响丧钟的人,他被罗马教廷视为异端,后来在威逼之下认罪才免于一死,但仍被判软禁。他的《天体运行论》在他临死时才出版,他也就逃过了教会的迫害。但他死后,基督教徒布诺鲁大力宣传哥白尼的日心说却没有这么幸运,被教堂活活烧死。对此罪行,基督教会到2000年才表示道歉。