【种花家务·物理】4-7-04光的量子性『数理化自学丛书6677版』

【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第七章光的量子性

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳；电荷的单位静库（1库伦=3×10⁹静库）；电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等，但如今是不允许的，力是不能使用质量单位的。】 

§7-4光的量子性

【01】爱因斯坦的光子说成功地解释了光电效应，它表明，光还具有明显的粒子性质。近代物理学指出，这种由特殊物质组成的光量子是不连续的，或者说它是一份一份地在空中以巨大的速度传播着，它的“颗粒”是这样的小，速度是这样的快，以致我们凭眼睛的直觉简直难于看出它的不连续性来。

【02】下面的实验结果也可以直接显示出光的量子性。如图7·8所示：让伦琴射线射到薄膜 A 上，使薄膜发出一种波长极短的荧光，而在 A 的两侧对称地放着两个计数器 C₁ 和 C₂，射进计数器的光子，能够在小于 0.001 秒的时间内引起反应，例如使跟它连接的静电计的悬丝发生振动，然后把这两个静电计的振动记录在同一条带子上。如果从 A 向四周发出的荧光是波的话，两个计数器中所得到的记录就应当是一致的；如果从 A 向四周发出的是光量子，那么，这种量子的发射就会时而向这边发射，时而向那边发射，不可能象波的发射那样均匀而对称，从而两个计数器中所得到的记录就会是无规则的、互相不一致的。实验的结果表明，记录带上的两条踪迹是无规则的，这就证明，从 A 发出的是光量子而不是连续对称的波。

【03】证实光的量子性的另一个有趣的实验（图7·9），是物理学家瓦维洛夫(1891~1951)首先完成的。由于光源发出的光量子不是均匀而有规律的，而是无秩序地飞出来，有时候飞出来的数目多一些，有时候飞出来的数目少一些。如果光源相当微弱，则发出光量子流的起伏就有可能被眼晴觉察出来。为了防止眼球本身的活动而引起视觉的变化，瓦维洛夫用一个红色的点光源放在发光点 A 的近旁，当眼睛同时注意红色光点和发光点 A 的时候，眼球就不致于那么活动，从而能相对的固定下来；又由于眼睛有视觉暂留作用，它会使光量子的起伏现象不能被觉察出来，所以瓦维洛夫又利用一个有小孔的圆盘，使发光点 A、小孔和眼睛处在一条直线上，圆盘每秒钟转一圈，眼睛在 1 秒钟内就能看见 1 次闪光。把光源调节得很微弱，使得发射出来的起伏的光量子流，在数目少的时候不能被眼睛所看见，只有在数目多的时候才能被眼睛所看见。这样，在圆盘转起来后，就不一定每秒钟都能看见一次闪光，而是间歇性的，有时能看见闪光，有时看不见闪光。瓦维洛夫第一次用眼睛直接看见了光量子的不连续性，从而有力地证明了光的量子性质。