愛因斯坦在諾貝爾物理學獎上提出的光電效應原理，你知道是什麼嗎？

天然光能是什麼意思

如果說我們人類看到的世界和動物看到的世界不是同一個世界，你會怎麼想？今天我們聊聊”光的秘密”。

你有沒有仔細想過，光到底是什麼？

簡單來說，光的最小單位是光子，也就是說，光是由光子組成，光子是光的最基本粒子

。嚴格意義上沒有大小區分，它不能分裂只能產生或是消亡。愛因斯坦在1921年獲得了諾貝爾物理學獎，有意思的是，這個獎並不是頒給他的相對論，而是因為他提出了光電效應原理。

光電效應又是什麼呢？

在達到某個頻率的光束照射下，有些物體內部的電子會逃逸出來，形成我們所說的電流。也就是我們說光能變成電能，

這個現象最早發現者是德國物理學家赫茲，是在1887年發現

。同樣和發現光速恆定一樣，愛因斯坦都是在前實驗的基礎上成功總結了這兩個現象。

但不得不說，發現和解釋這兩個詞多半都是後者更為重要一些。比如說，你發現有東西在天上叫，但不知道這是什麼？只是聽到了這個聲音，並把這件事複述了出來，而愛因斯坦卻經過層層推理說這是猴子叫的，於是之後的人類又開始層層實驗，最終證實確實是猴子叫的，這就是愛因斯坦厲害之處。

光電效應已經夠神奇，但還有更神奇。那就是光的“波粒二象性”

，這個詞看上去很難理解，但其實很簡單。光有時候會出現波的特性，有時候有粒子的特性，這就是“波粒二象性”。

最早研究起這件事，並且是從科學的、嚴謹的角度出發的，

有柏拉圖和畢達哥拉斯這些搞哲學的大思想家，他們都認為光是從我們眼睛裡發出來的。

在光裡面有無數的探測器，光在到達物體表面時，可以透過收集這些物體的資訊傳達到人類的眼睛裡，最終形成視覺。但是這個理論有個天大的bug，假如光線是從人眼發出，為何到了夜間人就看不見了呢？這個理論的支持者就堅稱夜裡不是看不見，只是眼睛累了，只能發射微弱的光線。

但其實這種說法實在牽強，1000年以後，終於迎來了挑戰這一理論的人。

這就是阿爾哈曾，他認為古希臘人關於光的解釋是完全錯誤的，人類看到的光是從太陽和其他物質反射出來，

我們的眼睛只負責收集照射進來的光，阿爾哈曾的解釋一下子讓所有人豁然開朗，因為這就解釋了白天和黑夜的存在。白天太陽光照射到物體上，我們才能看得見各種顏色的東西，夜裡沒有太陽光，物體反射不了光線，那我們就看不見東西。

即便是阿爾哈曾發現了光和眼睛的秘密，但他對光的瞭解還是少之甚少。過了幾百年的時間，牛頓的時代到來，

他給出了光的第一個非錯誤答案，他認為光是一種類似原子的微小粒子組成，並給這個例子起名：微粒

。但這一結論並沒有立足太久，並且早期的科學理論總是被人類不斷顛覆。

到了十九世紀，科學人員做了一系列的相關實驗，

證實了光不可能是由類似原子的微小粒子組成的。證據是當兩處光線在交叉照射時，實際上不會相互影響

。如果光真的是粒子，那麼兩束光在交叉照射時，應該會

像

周圍擴散才對，為此他們做了很多光的干涉實驗。當兩列光頻率相同時，他們就會發生干涉，而只有波才會出現干涉現象。光既然也有干涉現象，那光邊也是一種波，既然把光定義為波，自然也就揭開了顏色的奧秘。

但結論沒那麼簡單。到了20世紀，研究人員又從實驗中發現光有粒子屬性，當光照射金屬時，光會將能量轉換到金屬的原子中，從而產生電子。

這就是我們開頭說的光電效應，這下科學家都迷糊了，光難道同時具有波和粒子雙重特性？

為了驗證這個猜想，研究人員煞費苦心，最終搞了一個非常著名的實驗證實了這個猜想，這就是：雙縫干涉實驗，這個實驗是把一束鐳射穿過兩個平行的縫隙，然後打到背面的螢幕上。由於波會產生干涉現象，所以在螢幕中間的部分，兩束光波產生的交叉亮度會更高一些，而實驗中發現每個檢測到光子，都只會透過一個縫隙，而不是兩個，

因此光也具有粒子的特性，而這就是光的波粒二象性。

上面說了那麼多，

其實大多都是我們人類能看見的光，即可見

廣光

。其實和電磁波沒有任何區別，而我們人類能看到的光，只在所有光的波長範圍內，佔有非常小的一部分

，不同的電磁波輻射擁有不同的波長和頻率。比如伽瑪攝線的波長最短，因為其光子能量非常高，多數伽瑪攝影的波長只有不到10皮米，而1皮米的長度相當於一米的1/10000億。和伽瑪視線相反的一端叫做射頻電波，這個電波的波長可以達到100公里。而目前已知的最大波長可能超過10萬公里，而地球直徑才1萬多公里。

而我們人類所能看見的光波長介於400至700奈米範圍內，也就是波長比紫外線長，比紅外線短的電磁波

。但從物理學角度看，這些不同的電磁波，可見光和不可見光都是一樣的。他們都具有波粒二象性，也同樣以光速傳播，僅僅是在頻率上不同而已，而我們人類能看見的可見光並沒有什麼特殊之處。如果非要說一個，那就是我們的眼睛剛好能看見這些光。

當然，我們人類看見的可見光範圍非常小，但某些動物看到的波長範圍遠遠大於我們。但如果這樣的話，可不可以說人類和動物看到的世界不是同一個，又或者說，我們看到的世界是真實的，還是他們看到的世界是真實的？

知道了光的基本原理，但是我們還不知道光是從哪來，從微觀角度看，當原子或分子由高能態轉變為低能態時，就會發出各種頻率的電磁波，而電磁波就是這個過程中原子或分子失去的能量，當原子中的電子從激發態跌到低能態時，併發揮掉一些的能量時候，它會發出可見光線。

同樣，光子也能擊中電子被電子吸收，令電子進入能量更高的狀態。

說的

通俗點，物質釋放能量產生光，光線照射物質產生電

。

如果從宏觀上來看，電磁波就是兩個場的疊加態，電子會產生震動的磁場，磁場接著又會產生一個垂直的電場，兩種場在相同的空間中相互交錯著傳輸能量，並且擁有著誕生時的各種資訊。光在我們這個宇宙中處於絕對速度，也就是最快的速度。

而光就是一種電磁波，所以電磁波的傳播速度也同樣是30萬公里每秒。

之前我們說了很多次的光速恆定，可能很多小夥伴沒有明白是什麼意思，其實任何零質量的粒子都會以光速前進並且沒有加速的過程，也就是說光的速度永遠都是30萬公里每秒，不存在加速的過程。為什麼會這樣，科學家也不知道，光在我們這個世界是非常不可理喻的。也是非常難以解釋的存在，要不然16歲的愛因斯坦也不會迷失在他自己的追光實驗中。

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