众所周知，爱因斯坦是理论物理界不容置疑的“王者级”人物，按照王者的一般人设剧本，理应拿奖拿到手软。

然而许多人不知道，爱因斯坦终其一生，也只拿到了一次诺贝尔奖，就连现在被吹到爆的“相对论”，也没能为“王者”斩获此殊荣。

那么爱因斯坦是凭借什么拿到的诺奖呢？没错，就是这个不太为大众所熟知的——光电效应。

相信大家小时候都偷偷玩过家里的电灯，一开一关，只为一闪一闪的好玩，最终也难逃老爸老妈的暴力制裁；或者夏天走在阳光下，被太阳光刺的睁不开眼睛，大骂今天怎么这么晒？

那么你有没有想过，光，这个生活中无处不在的东西，到底是什么？

要讲光电效应，第一个要先说明的问题就是，光是什么？

一、光是什么？

1.那个男人说了算

在人类从神话传说直到20世纪初的物理学发展中，对光的本质认知主要分为两个流派。

（1）粒子学说。认为光像沙子一样，也是由一颗颗的粒子构成的，一条光线照射出去，就是一排粒子排成一队，以很快的速度冲了出去。

（2）波动学说。认为光像一条彩带一样，抖来抖去，抖的快慢就决定了光的颜色，抖的幅度大小就决定了光的强度。

1704年，史诗级大BOSS——艾萨克牛顿，出版了他的《光学》一书。他从光的色散，薄膜透光，牛顿环，光的折射等方面将光解释为一种微粒。在那个年代，他就是无数粉丝心中绝对的实力派偶像，顿爷的话，就像真理一样刻在全世界每位粉丝的心中，科研工作者们都为微粒学说摇旗呐喊，之后的100年里，光的微粒说占据了科学界的主流。

2.双方开战：

主流也会慢慢随着时间而变化，在顿爷走后的时代里，又有数不清的年轻一辈对老一辈的观点和主张产生了质疑和探索，顿爷的“黑粉”势力也越来越大。对于光是波动还是粒子，新人们曾经在一段时间内打的不可开交。

光的波动学派与粒子学派进行的决定性战役应该是在1850年。双方都认为光在不同介质中传播速度并不一置，且意见相左，根据计算：

粒子学派认为密度越高的介质中光的传播速度越快。

波动学派认为密度越高的介质中光的传播速度越慢。

这样只要找到一个准确测量光速的方法，具体测量一下不同介质中光的传播速度，一切就都真相大白了。

1850年，法国人傅科使用旋转镜的方法准确测量到光的传播速度，具体原理限于篇幅这里就不多讲了。实验中测量到光在空气中的传播速度为 289000千米每秒，而光在水中的传播速度仅为225000千米每秒。在这一正面交锋中以光的波动学派全胜而告终。

3.新世界的诞生：

1855年至1865年，科学巨人麦克斯韦建立了他的电磁学，将电，磁，电磁波统一在了一起。并将光定义为电磁波中的一部分。1887年，赫兹用实验方法验证了麦克斯韦理论。至此，电磁波的理论大厦已经建设完毕。

光作为电磁波的一种在当时也不再有争议。

二、什么是光电效应？

1.偶然发现：

1887年，海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）在偶然条件下发现了一个神奇的现象。在实验中发现，电磁波照射在金属表面，会产生微弱的电流。

用麦克斯韦理论解释，这是因为金属中的电子吸收电磁波中的能量进行运动造成的，然而在具体实验中，却又发现了不合常理的诡异现象。

2.诡异现象：

在实验中，对于某种特定的金属来说，频率低于一定程度的电磁波完全无法激发哪怕一个电子，不管你如何增加这个电磁波的强度，都是没有用的。一个电磁波能否激发金属表面的电子，和自身强度完全没有关系，只和他自身的频率有关系。而能够激发出多少电子，则和电磁波的频率完全没有关系，只和它的强度成正比。

简单来说，就是电子遇到了“对”的光，才会“跑”出来；“不对”的光，追它追的再猛烈，电子也无动于衷。这个现象被本人称为“强扭的瓜不甜”现象。

这是什么鬼？让我们来捋一捋之前的逻辑。

我们知道光是电磁波，波动的强度代表了它的能量大小，电子本身被原子束缚，吸收足够的能量后蹦出来运动，应该是光的能量越大，电子越容易被激活出来啊。而光的频率只是电磁波运动的频繁程度，照这样推论应该是：运动越频繁的波动，越容易激活更多的电子啊。

推论正好与实际情况相反。

这又是一桩物理学界的奇事，用波动的方式完全解决不了这个问题。不仅在这个光电效应的问题上，波动的理论开始站不住脚，在赫赫有名的双缝干涉实验中，光表现出来的“诡异”性质也让一大批科学家头大。

说明在“光是什么”的问题上，人类还是没有找到正确答案。

三、原子的结构？

了解光电效应前需要了解一下原子结构（玻尔模型）。

原子是“十分空旷”的“球体”，内部最中间有一个小小的原子核，带正电；周围都是虚空，只有一些被称为电子的带负电粒子，像被原子核用“绳子”拴住了一样，围绕着原子核转个不停。由于原子核带有正电且比电子大得多，电子会受电场力绕核做近似圆周运动，不能跑出来到达原子表面做定向移动，也就是没有电流。

想让电子跑（跃迁）出来，就必须给它能量，以克服电场力做功，挣脱“绳子”。使电子脱离某金属原子所需要的最少能量（做功的最小值）叫做这种金属的逸出功，不同金属有不同的、确定的逸出功。逸出功在公式中用W表示。

四、爱因斯坦的回答：

俗话说“乱世出英雄”，就是在波动学说和粒子学说打的不可开交的时候，横空出世的爱因斯坦大神给出了他的观点。彼时正是量子力学初露头角的年代。

爱因斯坦认为，电磁波的能量形式也是一份一份的，不连续的，最小值为普朗克常数h。电磁波的能量计算为E=hv，E为电磁波能量，h为普朗克常数，v是电磁波频率。

理解一下，电磁波的能量为普朗克常数乘上电磁波频率。频率变高，于是单个量子的能量就会变大，单个量子能量正好达到激活电子的程度，不就可以让电子蹦出来运动吗？反之频率不够，单个量子总达不到电子需要的能量，于是电子无动于衷。而电磁波的强度，只是增加了量子数量，于是能够激活更多的电子。如此说来，不正完美解释了光电效应的实验数据？

很好，又一个物理学难题就这样被攻克了，实验数据也完全验证了爱因斯坦的光电效应解。

五、细思极恐

但细思极恐，解读一下E=hv的现实意义——整个麦克斯韦理论大厦都在摇摇欲坠。

分析一下作为电磁波的光，其中有两个物理量：作为不连续的粒子化的普朗克常数h,和作为波动的频率v。在这个地方中可以简单地把光认为是由许多被称为“光子”的粒子组成，光子不具有静止质量但具有能量。由普朗克公式可以求得:一个光子的能量为hv，其中h是一个定值，叫普朗克量；v是光的频率，也就是说：光的能量由频率唯一决定。

这要人怎么办？光究竟是粒子还是波？

两个完完全全不相容的物理特性居然都出现在了光的身上，这让人完全无法理解啊。上帝说，该有光，于是有了光。可您老人家倒是多讲几句啊，光究竟是粒子还是波啊？

爱因斯坦刚刚提出光电效应时，并未得到承认，甚至被说是“在思辩中迷失目标”。

1905年一片混沌的物理学界，就这样炸开了锅。而首当其冲、面对集体同行质疑的爱因斯坦解释说，光，它即是粒子同时它也是波，它具有"波粒二相性"。

1907年起，物理学家密立根开始以精湛的技术测定光电效应的几个物理量。实验结果与密立根的预料相反（密立根反对爱因斯坦的方程），直接证明了爱因斯坦方程的正确性。

密立根一波操作之后反杀了自己。爱因斯坦由于发现光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。

在20世纪初，在物理学界纷扰混乱的一个时代，旧量子力学就这样被建立了起来。