光电效应,指的是路德维格施坦因阁下在前几年发现的一个特殊而有趣的现象,当光照射在金属薄片的时候,金属薄片上会产生细微的电流,最开始的解释中,法师们认为光具有能量,而这个能量通过照射转移到了金属薄片上,从而导致了电流的产生。
但施坦因阁下在实验中发现,光照射在金属薄片上产生的电流并不会随着光照强度的变化而变化,这与光的波动说违背,因为众所周知,倘若光是一种波,那么光照强度越强的光,自然也就拥有更多的能量,从而会导致更强的电流,可实验现象却与之违背。
同时,按照光的波动性理论,如果入射光强度较弱,那么就需要更长的时间才能积累足够的能量,飞出金属表面,但实际的情况却是,只要光照能够产生电流,那么无论强弱,电流都会立刻产生,这又是一处与光的波动说矛盾的地方。
施坦因阁下使用不同种类的光照射金属薄片后发现,不同种类的光照导致的电流强度不同,由此,他给出的解释是光是由粒子构成,不同种类的光是由不同的粒子构成,这些粒子携带有不同的能量,因此才会产生不同的电流。
由此,施坦因阁下便成为了光的粒子说的坚定支持者,有关光本质的论战,持续至今,依旧没有定论。
莱纳今天便是要重复这个实验。
只不过,拥有地球的记忆,他自然有了一些方向。
实验室里,莱纳提前布置好了实验设备,其中最重要的是几个光生成法阵。
这几个光生成法阵能够生成一定范围内颜色稳定的光,通常被用作一些舞台效果,鲜少用作魔法实验。
莱纳已经检查过这些光生成法阵,它们实际上是能够产生稳定频率的光,莱纳将其设置在暗室中,用来作为光电效应实验的光源。
金属薄片也有几种备用,以用来做对照组的实验。
整个实验在一个真空暗室中进行,经过特殊处理的金属薄片在其中不会被氧化导致电流误差,同时,在金属薄片之外,还有一块加了可以变化的电压的薄板,电子将在两块薄板之间移动,通过对其施加电压,能够让光电效应射出的电子从一开始就做减速运动,倘若电子在抵达薄板的时候,速度正好为零,那么就可以根据纽因顿霍兰德方程,通过施加的电压计算出电子射出时所携带的能量。
这个电压莱纳将其称为遏止电压。
通过研究照射光的频率与产生电子的能量,就能够尝试建立起一组曲线,从而对施坦因先生的能量不连续理论进行验证。
莱纳使用法师之手操作着实验,一边记录下数据,他对不同材质的金属薄片与同一种光,以及不同的光与同一种材质做了好几组对照实验,一个上午过去了,他才完成了大约四分之一的实验量。
在食堂随意吃了点午餐,莱纳又回到实验室继续,直到深夜,他才终于将所有的实验数据测量完毕。
匆匆整理好实验记录,莱纳回到了办公室,此时已经是午夜零点,第二天是休息日,学生宿舍并没有熄灯,还能看见几缕光芒。
昏暗的校园寂静无声,莱纳坐在办公桌前,一张张记录着实验数据的纸飘起,让莱纳能够迅速演算。
根据施坦因阁下的解释黑体辐射的理论,量子的能量是不连续的,其值是施坦因常数与量子振动频率乘积的整数倍,莱纳假设光也是一种量子,取名为光量子,而光所携带的能量,便是光的频率与施坦因常数的乘积。
同时,将薄板上施加的使得射出电子速度变成零的电压与计算出来的能量,与施坦因公式的计算结果比较,做出曲线,从而验证施坦因常数的值。
莱纳选择了六种不同频率的光,分别测量它们在不同电压情况下光电流的大小,然后绘制出电压和光电流之间的曲线图像,从图像中再获得某一频率的光照射下被测金属薄片的遏止电压。
于是,六种频率对应六个不同的遏止电压,再次以此为坐标做出图像来,正好是一条漂亮的直线
这代表光量子的能量与光的频率是线性相关,而通过计算直线的斜率,能够很准确地得到施坦因常数的值。
这代表着,光量子所携带的能量,的确并非连续,而是离散的。
施坦因阁下的能量不连续理论,得到了证明
莱纳感到心湖之中有所悸动,这是世界反馈到来的征兆,但他没有急于进入冥想状态,而是继续奋笔疾书。
“光是由光量子构成,组成光束的每一个量子拥有的能量,等于光量子的振动频率乘以施坦因常数,倘若光量子的频率大于某个极限频率,那么这个光量子便拥有足够的能量来使得一个电子逃逸,造成光电效应。”
“这就是光电效应的原理解释,由此可以看出,在光电效应中,光呈现出明显的粒子性。”
“光,也是一种粒子。”
放下笔,莱纳深吸了一口气。
嗡
刹那间,莱纳感到一阵汹涌的潮汐向着自己扑面而来。
他仿佛站在海边的绝壁之上,眼前的无边无际的汪洋掀起了滔天巨浪。
阴云密布的天空,雷电如长蛇蜿蜒,眨眼之间,明灭千百次。
面对这暴风骤雨,莱纳双眼微闭,往前,一步踏出,迈入虚空。
他没有坠入海中,而是稳稳当当地站立在了半空中,周围的惊涛骇浪试图摧毁他,雷鸣坠落,试图击坠他。
但莱纳没有被这些凶险所击溃,而是缓缓睁开了双眼。
嗡
以此为契机,一道波纹扩散开来,波纹所及之处,一切都安静下来。
阴霾的天空中,一束光洒落。
这光芒照射到莱纳身上,温暖而耀眼,在莱纳的身边,一丝雷光浮现。
雷霆逐渐变强,化为一条巨龙,环绕着莱纳盘旋。
抬起手,这道雷霆骤然寂灭,与此同时,莱纳视野中的世界,开始变化。