量子力学如何用来解释光电效应的结果呢?

Question

如题所述

Answer 1

马克斯·普朗克发现了一个表达式，并正确地描述了黑体的光辐射谱作为温度的函数。他意识到，如果你假设光由小能量包组成，每个小能量包有一个能量h*f，其中f是电磁波的频率，h是一个常数(现在称为普朗克常数)，你就会推断出这个表达式。他不认为他的表情是光由小能量包(现在称为光子)构成的证据。他认为这只是一个数学表达式。

 

然而，爱因斯坦认为，从字面上理解它提供了一个光电效应的解释。也就是说，当你用光照射真空中的金属表面时，电子会从金属表面喷射出来，这取决于两个变量:(1)光的亮度(2)光的颜色(即频率)。如果光指向光谱的红色端，那么无论光有多亮，都不会射出电子。将光的频率改变到光谱的蓝色端，对于一种特定的金属，就会发现电子在某个频率被喷射出来。这对不同的金属来说是不同的。对于频率高于这一阈值的光，电子被喷射出的能量与更高的频率成比例。射出电子的数量或速率与光的亮度成正比。

 

光电效应是一个三步过程，首先光子被固体中有界的电子吸收，然后电子与固体中其他电子和声子散射，最后从固体表面传输出去。所有这些相互作用都受量子力学的规则支配。我们可以用它来计算量子效率，即任何给定固体吸收的每个光子发射的电子数。

 

爱因斯坦认为这可以通过假设金属中的电子以特定的能量与金属结合来解释，这种能量取决于金属本身。因此，当频率太低的光子撞击金属中的电子时，根据普朗克的假说，它没有足够的能量发射电子。这就是为什么没有人会被低于特定频率的光射出。高于这个频率，就有足够的能量把电子踢出去，所以它们就有了多余的能量。让光变亮就是放出更多的光子，每个光子具有相同的能量。这为爱因斯坦赢得了诺贝尔奖。