你好，我是北妹，欢迎来到我的量子力学世界，上一篇文章我们说道，就在光的波动学说派庆祝胜利的时候，德国物理学家赫兹做了一个实验，让波动派们张开的下巴合不上去了，这个实验就是大名鼎鼎的光电效应。
要理解什么是光电效应，我们要先来了解一下什么是电，科学家们发现，物质都是由一种叫做原子的微粒构成的。原子有很多种，比如铁是铁原子构成的，金就是金原子构成的，原子又是由原子核与电子构成的。铁原子和氢原子的区别在于电子数量的不同，金原子带的电子数量比铁原子更多。一般情况下，电子都围绕着原子核运动。但有些时候，电子会离开原子核自由运动，当很多的电子集体朝着某个方向运动时，就会产生电流。当我们说这根电线通电了，真实的含义是这根电线中的电子正在运动，但是电子实在是太小了。
即便是到了今天，我们也依然无法在显微镜中看到电子到底长什么样子，我们只能通过观察电子留下来的各种痕迹来得知它的存在。例如如果电子打到了荧光屏上，就会留下一个亮点。
1887年，赫兹用一束光照射在相隔的很近很近的两个铜球上，结果发现铜球之间产生了电火花。这说明当金属被光照射到的时候，就会有电子跑出来。这就是光电效应实验。但奇怪的是呢，并不是什么光都行。比如，赫兹就发现紫色光能打出电子，蓝色光就不行了。
光的颜色是由光波的频率决定的。振动的越快，表示频率越高。进一步的实验发现，对于某种特定的金属来说，只有当频率超过了某个数值，才能打出电子来，如果频率不超过某个数值，那么哪怕照射的时间再长，也不能打出电子来。这个现象，立即就让波动派的物理学家们感到震惊。他们感到波动学说的理论根基被动摇了。为什么呢？
因为波的能量传递是连续不断的，如果光是一种波，也就意味着光的能量是连续不断的被金属所吸收的。那么电子在吸够了能量后就应该跑出来吗？光的频率最多也就应该只是决定照射的时间长短才对嘛。这就好像电子式水杯中的塑料小球光照射金属板的过程呢，就好像是给水杯蓄水的过程，水满了，小球自然就应该掉下来。不同频率的光只不过是水流大小的不同而已。要倒满水杯，只是时间问题？
可现在呢？物理学家们发现光电效应，就好比有个搬运工把货物搬到二楼，他开价一百块，但是他却有个怪脾气，只认一百块钱的钞票。你给他十张十块的他不干，你给他两张五十的他也不认。只要遇到一张一百块的他立马就搬东西上楼，一刻都不延迟的，但是你给他再多的十块钱，他都不动，那这个实验了就成为了很多物理学家们的梦魇。他们死活也想不通为什么会这样？
直到1905年，一位大神的出现才解决了这个难题。这位大神是一位真正的大神，尽管那一年的他只有26岁，他就是无人不知无人不晓的爱因斯坦，爱因斯坦到底是如何解决这个难题的呢？
其实，这并不是爱因斯坦的灵光乍现，而是受到了另外一位著名物理学家的启发。而他就是量子力学的奠基人，德国的普朗克。要让你理解爱因斯坦的解决方案，我们必须要先来讲讲兰克的故事。
在19世纪中后期，西方国家已经进入了工业时代，各个主要工业国都在大炼钢铁，钢铁的生产，加工处理过程中，钢水的温度对产品的质量起着至关重要的作用。但普通的温度计碰到钢水那不是报表的问题，而是直接被融化了。你知道当时的人们是怎么测量钢水温度的吗？答案可能会令你吃惊，他们就是只能用眼睛去看，钢铁在被加热的过程中，先是微微地发红，然后从微微发红，变得通红通红，再变成黄色。假如温度再高，就会变成青白色，这就是我们常常说的白热化的来源，有经验的钢铁工人，通过观察钢水的颜色就能估算出温度，但这种方法的精确性就很难得到保障了。
于是，当时的科学家们就面临着一个重要的课题，必须要搞清楚温度与发光颜色的精确数学关系。根据波动学说，光的颜色是由光的频率决定的，所以科学家们需要找到温度与光频率之间的数学公式。弗兰克第一个找到了这个数学公式，这个公式被称为黑体辐射公式。按理说的普朗克应该对取得的成功感到很高兴才对，可是，他却一点儿也不高兴。
因为在这个公式中，有一个连他自己都觉得很怪异的假设。这个假设就是，能量有一个最小的单位，而高温的物体发射出的某种频率的光，是一份一份发射出来的，并不是连续的，打个比方来说，这个假设把光发射出来的热量比比作是战场上打炮弹，不管弹药大小，总是一颗一颗发射的，根本不可能只发射半颗炮弹，一颗炮弹就是一个不可细分的最小单位。他按照这个思路，一步一步推导出了公式。但是，普朗克却对这个成功的假设陷入了深深的忧虑之中。为什么呢？因为物理学中一个最基本的信念被他打破了。
以伽利略牛顿为首的经典物理学家们都有一个最最基本的信念，那就是一切都是连续的，一切都是可以被不断的细分的。米可以拆分成厘米，厘米又可以拆分成毫米，只要你愿意，还可以拆分成微米、纳米、没有尽头。
也就是说，假如你从A点走到B点，那么你必然要经过AB连线上的任何一点。水温从零度上升到一百度的过程中，必然要经过了中间的每一个温度，不可能是跳跃着上升的。
但是，普兰克为了计算出黑体辐射公式，不得不推翻了这个观念，他只能假定能量是不能无限细分的，是有一个最小颗粒的，这个在观念上的冲击实在是太大了。如果一个物理量是一份一份的，是不连续的，那么就被称为量子化。但是量子论的开创者普朗克却在大门外徘徊不前，不敢越雷池一步，他自己都难以接受这样的假定，更不要说别人了。
所以很长时间内，他的理论都没有什么人愿意接受，而爱因斯坦则将光电效应与普朗克的理论联系在了一起。他认为，原子对光的吸收也是一份一份的，每一份叫做一个光量子。后来呢就被叫做光子，每个光子的能量和频率成正比，正比的意思是说频率越高，能量就越大，只有能量足够大，才能把电子从原子里面砸出来。假如频率不够高，那么任凭你怎么砸都是没有用的，这就是爱因斯坦对于光电效应的解释。
为了精确测定光电效应和爱因斯坦计算的数值是不是相符，美国的密立根做了十年的实验，经历了千辛万苦，终于证明了爱因斯坦是对的。光电效应清晰地表明光具有粒子的特性，一颗颗光子就像是一颗颗炮弹，牛顿的微粒学说来了一次完美的逆袭。
科学家们终于认识到光既是一种波，也是一颗一颗的粒子，是波还是粒子，关键看你如何测量，这就是光的波粒二象性。
波粒二象性开启了量子力学的大门。但是，谁也没有想到，从门后面跑出来的竟是一个幽灵，物理学将从此变得无比诡异。科学家们也会被这个幽灵折磨的死去活来，但最终迎接我们的是一片神奇无比的新大陆。