光量子又稱為光子。這個名詞是愛因斯坦1905年在公開發表的一篇著名論文中首先提出的，由于光子學說的巨大成功，愛因斯坦獲1921年諾貝爾物理學獎。

那么，究竟什么是光量子呢？在日常生活中，光是最為人們所熟悉的東西。如果沒有光，人們簡直無法生活。但是，人們認識光的本性卻經過了艱難而又曲折的道路。

以牛頓為代表的一種理論認為，物體發光是因為它發射出光的粒子（微粒）流，我們之所以能看到光，是由于這些粒子落到眼睛上引起了視覺。按照這個理論，人們把光的反射現象解釋為光的粒子在反射面上發生了彈性碰撞而造成的結果。

然而與牛頓同時代的惠更斯則認為，物體發出的光是一種波動，這種波動不同于人們通常觀察到的水波和聲波——它們都有傳播波動的介質，水波的傳播介質是水，聲波的傳播介質是空氣或其他液體和固體，而光波的傳播是在真空中進行的，也就是說光波以真空為介質。

這兩種理論一開始就發生了沖突，但由于牛頓在科學界的崇高威望，光的微粒說在很長一段時間內占統治地位。直到19世紀初，楊氏、菲涅爾、夫瑯和費新發現的光的干涉、衍射和偏振現象，與惠更斯的光的波動說十分吻合，而牛頓的光的微粒說對此卻無法做出解釋。

隨著光學儀器的發展，光學理論也有了很大的進展。麥克斯韋證明了光波是一種電磁波后，光的波動理論似乎完全被實驗所證實，光是波動的說法也為人們普遍接受。

但是，光是波動的理論在光電效應的實驗結果面前卻一直顯得無能為力。所謂光電效應指的是：當用光照射金屬表面時，會把電子從金屬中打出來。早在1872年，莫斯科大學的斯托列托夫就已發現了這個現象，以后德國物理學家赫茲和雷納德對此也進行了研究。當人們試圖用光的波動說去解釋光電效應時，得出的結論是：當光的強度增大時，從金屬中被打出來的電子的速度也應增大。而實驗結果表明，用同一頻率的光照射時，不論光的強度多大，所有觀察到的電子都具有同樣的速度，也就是說，從金屬中被打出來的電子的速度與光的強度無關！而且當光的頻率達到某個極限值時，才會在光照條件下使電子從金屬中飛出。而且，從金屬中能不能打出電子與光的頻率有關，即用紫光照射時飛出電子的速度比用紅光照射時飛出電子的速度大！于是，光是波動的說法在實驗面前陷入了困境。

 

楊氏干涉實驗

 

愛因斯坦以創造性的思維完全從一個不同的角度去考察了光電效應。他提出了光是光量子的理論。按照這個理論，光的能量是由一份一份的不連續的最小單元能量組成的，而這個單元能量大小和光的頻率正好成正比關系。光仍然像波動一樣具有頻率（或波長），但是光還具有微小“粒子”的特性——一個一個的能量單元。這樣，光無非就是一束能量流，其中最小的單元能量就稱為光量子（光子）。當光照射到金屬表面時，光就把光量子的能量傳遞給電子，光量子就消失了，而電子得到光子的能量，再加上它自身的能量就可能從金屬中飛出。由于光量子能量只與光的頻率有關，因此只有大于一定頻率的光，才能提供足夠的能量使電子從金屬中被打出來。這樣，光量子的理論就以簡潔清晰的方式解釋了光電效應。

愛因斯坦的成功使他榮獲了諾貝爾物理學獎，但是光量子理論卻把100多年前關于光的本性的問題的討論又重新擺到人們面前，光究竟是什么？是波動還是粒子？

物理學的發展已經使人們不得不接受這樣的說法，即光有時以波動的面目出現（如光的干涉和衍射），有時又以粒子的姿態出現（如光的人射和反射），但是光既不是如同水波、聲波那樣的波動，也不是如同微小質點那樣的物質粒子，光具有波動－粒子的二象性，也就是波粒二象性。

那么為什么人們看到的太陽光或其他光源發出的光總是穩定的、連續的，而不是一份一份的呢？這是因為光量子的能量微乎其微，用數學形式表示出來就是著名的普朗克關系E=hv，h稱為普朗克常數，數值是6.62618×10-34焦 秒，雖然這個數值如此微小，但對于物理學的發展，對于人們認識光的本性的作用卻大得很呢。假設我們點亮一盞25瓦的電燈泡，并把發出的光都看成黃光，那么這束光就包含有6×1019個光量子的能量單元，或者說，這束光發出了6×1019個光量子，即每秒發出6000億億份能量單元。由于人的肉眼具有的視覺暫留特征，因此，當如此多的光量子以如此快的速度人射時，人的眼睛根本察覺不到一份一份的光量子，所看到的就是一束連續的光。

由此可見，光量子指的是能量的最小單元，它不是物質粒子。雖然光量子的能量大小與頻率有關，但它也不是通常我們看到的波動。

 

 

為什么光量子既不是物質粒子也不是波

圖文簡介

這個名詞是愛因斯坦1905年在公開發表的一篇著名論文中首先提出的，由于光子學說的巨大成功，愛因斯坦獲1921年諾貝爾物理學獎。雖然光量子的能量大小與頻率有關，但它也不是通常我們看到的波動。