发现能量子

能量子 光量子

普朗克的能量子：ε0 = h

爱因斯坦的光量子：W高-W低= h

利用频率、波长、光速的关系： =

而 = ——波数：波列的波峰数。

则 0 = W高-W低=h = hc = hc

上试中C是光速，h是普朗克常数，hc 仍是常数，令h0= hc

则有 0 = W高-W低=h = hc = hc = h0

即：普朗克假设的能量的基本单位（能量子 0）和爱因斯坦的原子能量的变化( 跃迁)W高-W低（光量子）都是 0 = W高-W低=h = h0

也就是，能量子和光量子，都是一个常数h0跟波列波峰数 的乘积。 h0 = hc普朗克常数h与光速c的乘积才是正真的能量子，光量子。

普朗克定义的能量子h 不是一个具体数。辐射频率的可取值范围非常宽，几乎与自然数的个数相当。以这样一个数定义‘子’，显然是不合适的。

量子是比原子至少差一级的量，量子已经深入到亚原子领域。用原子电子的传统观念hc定义量子太不精细。虽然普朗克假设的能量子和爱因斯坦定义的光量子都是：

0 = W高-W低=h

但是辐射时，一个电子有交换完所有的激发能量才退激。而吸收时，金属原子中的当事电子只能吸收有限的能量。对频率相同的光波，其作用的波列长度是不同的，能量也必然不同。他们只是形式上的相同而实际上不同。这种处理是粗糙的，错误的。量子理论与相对论有诸多问题，无故的无穷大和不可控制的涨落等，和这个原因是分不开的。

现在： 0 = W高-W低=h = hc = hc = h0

他们在碰撞次数上统一起来了。。

从 h 到 h0 ，由一簇数变为一个具体数，由不可数变得可数。在自然界，频率相同的辐射有无数个，而波峰数相同的波列是有限的。h 相同h0 不一定相同。 h 朦胧h0 清晰。量子的物理意义有了唯一的解释：量子就是光波与电子发生作用时，每次作用（碰撞）所交换的能量。是能量的最基本单位。

爱因斯坦是因为合理解释了发生光的电效应时频率控和电流与光强无关这两个特性而获得诺贝尔奖的。而他对光量子的解释和普朗克对能量子的理解一样错误，用大物质电子的行为来描述比电子小得多的自然粒子的特性。这种过于粗放的结论，对后世的物理学产生了不可估量的影响。

测量手段的限制和落后，制约了智者的目光。这样的悲剧现在仍会重复。

这个结果（临界波峰数 ）可通过实验来真实。

实验目的：测量有光电子逸出时刻所对应的极限波列长度；考察光电能量转换中“波数”的影响和规律；测量转换的能量与“波数”的数量关系。

实验装置：本实验装置示意如图所示：

图1 实验装置示意图

灯箱中由单色光源发出的光，通过转盘上的狭缝进入测量暗箱，照射到金属板接收上。转盘可精确控制和记录转速，狭缝可调整宽度大小。金属板连接有精密的电流和电压测量电路。根据金属接收板选择相应的“红限”和“蓝限”之间的单色光作为实验光源。录波器可记录电流的波形变化。

系统校正：使用“限”内光源有电流，使用“限”外光源没有电流证明系统正常。实验过程采用频率靠近“红限”（大于或等于“红限”）的光源。

实验过程：实验开始时，光栅狭缝对准暗箱进光窗口。光源开启后，光束照射到金属板，确认系统正常后启动转盘，让转速由小到大平稳增加。正常的现象是：低转速期间电流输出表现为间歇性，数值由大变小，间歇频率与转盘狭缝周期相同。当转速达到某一数值时电流消失，说明此时透过的光束已经不足以产生光电效应，这时的转速为该频率光源对应的极限转速。调整狭缝大小与转盘转速相匹配，以求获得最大解析度。

实验步骤：

1、使用不同频率的单色光源，记录所对应的极限转速；

2、对于同一光源，使用不同金属板，记录对应的极限转速；

3、对于同一转速值，记录不同频率光源所对应的电流变化；

4、在临界转速之下变换光源强度，记录对应的实验结果；

5、选用接近“蓝限”的光源，比较转盘从极限转速逐渐减小到1/2、1/3、… 1/n时输出电流的变化规律。

整理：根据转盘转速n、狭缝宽度值θ、单色光源的频率和光速c可计算出每周期通过的最大波列长度Limax ，得到Limax即可算得对应的最大波峰数量 imax= Limax/ 。

L= ct ：∵ t= ，ω= 2πn ∴ t =

则波列长度是： L = =

对应的波峰数是： = =

实验的正结果：

变换光源或者金属板时，极限转速随之改变；

临界波列长度随不同光源、不同接收板变化；

同一光源和接收板，临界波峰数基本保持不变；

在极限波列长度整数倍的附近电流有峰值现象。

实验证明，临界波峰数是存在的。碰撞次数小于临界波峰个数时没有电流产生。只有频率匹配的光波才能产生电流，只有达到临界波列长度的波列才有可能产生电流。每种金属材料都有自己的波长范围，有自己的临界波列长度。光的强度不影响金属的初动能和电流的大小。

如果仍用普朗克原值，则：真能量子

h0=hc

其中，h：普朗克常量，c：光速。

代入有： h0=hc=6.626x10-34*3x108=1,988x10-25 (Jm)(焦耳米)

本实验也可以作为“真能量子”的实测实验。

做变换可得： h0 = W / 0

其中，W：逸出功； 0 ：实测的临界波数

关于量刚：

h0 = hc=6.626X10-34(焦耳﹒秒)X3X108(米/秒)=1.988X10-25焦耳·米

实验结果分析和议论

能量量子化：

按目前的理论，光都是物质的原子所发出的。而原子中只有电子做周期运动。光是光媒的横振动。本文不分辨“光媒有无”的公案。高能态原子的电子绕核做周期运动与光媒粒子作用而发光。绕核做周期转动的电子有转动快慢之分，有到转动中心的距离之分，有转动平面之分。这决定了所发光波的不同。转动周期（驻波周期）不同所发光波频率不同;转动周期（驻波周期）相同，所发光波频率相同;原子能级不同光强和波列长度不同；电子转动平面不同光波相位不同。

可以认定，高能态原子的电子与光媒子碰撞，发生能量交换而发出一系列光波。与光媒子相比，电子要大得多，所携能量也大得多。而光媒子每次只能接受固定且很小的能量。光媒子只能在相同方位、相同地点与电子多次重复相撞，才能发出一列列光波。

根据 0 = h0 ，光媒子每次碰撞所获得的能量就是能量的最基本单位——能量子h0。光媒子与电子多次碰撞，直到同一方位、同一地点的碰撞不能维持，或者该电子的能量消耗殆尽为止。这期间，该原子发出有一定频率、有一定波列长度、波长相同、方位相同、振幅相等、光强一样的一列光波。波列长度取决于原子的激发状态。由于电子的能量是有限的，交换完全部能量后即退激回到下一级能量状态。所发光波波列长度是有限的、波列是断续的、一个一个的不连续波列。

吸收时，某列光波与金属原子中方位、频率相匹配的电子发生碰撞，每碰撞一次获得一个基本定值能量 h0 。多次碰撞以后，直到（初动能， ） mev02 = 0（逸出功）w=h0 时，波列长度达到临界值、碰撞次数等于 ，电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，在电场力的作用下流出行成电流。

金属电子最大可吸收的波列长度是一个临界波列长度。短于一个临界长度或剩余波列不足一个临界波列长度的波列都不会显现出来，因而，我们能看到的能量转移都是一个一个的，它的大小都是h0 。所以，能量的转移是量子化的。况且现在能量子是h0。

由于碰撞“次数”已不可分，不管是辐射还是吸收，一次交换一个确定的能量，也只能交换一个真量子的能量。发射时的波列长度取决于激发原子的能量状态，吸收时只能吸收波列长度刚好等于临界波列长度的波列，多余的波列长度不再对该电子发挥作用。（这可以解释永动机为什么不可能。发射和吸收并不总是相等） 由于碰撞是逐次发生的，这也进一步说明能量的转移是量子化的。这是量子的特性所决定了的。

频率控

原子受激处于高能量状态时，发出一列波峰数为 的波列后退激回到低能态。光波的方位与当事电子的方位相同，频率等于电子的回转频率（或驻波频率），振幅光强取决于电子的能量状态

一列直的光波与做环绕运动的电子发生作用，连续的碰撞要求二者必须处于同一相位、在同一位置而且必须同一频率。频率不同，电子便不能多次在同一方向受光媒子作用。便不能产生能量的累积而逸出。频率匹配是必要条件。频率不匹配的光波不能激发电子形成电流。所以，金属材料电子的光效应由光的频率决定。只有频率相配才能激发光电效应。频率控是金属光电效应的先决条件。

电流与光强无关

发射时，波列长度取决于原子的激发状态。光强越强，作用次数越多，波列越长。吸收时，最多只能吸收一定长度的光波。长出的光波对该逸出电子不再起作用。发射的光强的大小对应于发射时所发光波的长短，吸收时只应对定值波列长度。所以，金属材料的初动能和效应电流与光强无关。

波属性

普朗克的能量子就是一个光波波列。爱因斯坦的光量子也是光波波列，具有全部的“波属性”。如果按爱因斯坦和普朗克各自的定义，两个波列长度并不一定相等，意义也不相同。相对论和量子理论不能融合并不奇怪。

粒子属性

发射时波列长度不定相同。吸收时，只能吸收临界长度的光波。爱因斯坦定义的光量子实际上只是一列临界长度光波的总能量，就等于当事电子的能量。所交换的能量是相等的当事电子的能量。跟一个粒子一样。所以有粒子属性。

没有静质量

光是光媒子的横振动。现在的科学手段测不出光媒子的质量，所以爱因斯坦的光量子也是没有静质量的。

实验的可行性评估：

现有理论认为，原子在激发态存留的时间很短。电子从高能态跃迁到低能态的时间大约在10-10～10-8秒。即使发光时间按10-8秒，所发波列最大长度就有L=ct= 3 米。但实际上，用各种方法所实测的波列长度要小得多，有许多甚至是毫米（mm）级。本实验是要截出一定长度的波列来验证临界波峰数的存在，截取的长度一定要小于实际的波列长度才有意义。所以，实验的关键是透光窗口的控制。既不能大于整个波列的通过时间，也要保证透过的光波能有效地激发光电效应。就是说，既要按要求截得所需要的波峰数量，又要保证金属获得足够的照射强度。所以，转盘转速和狭缝尺寸选择需要合理的设定。

例如，以金属钾为接收板来测算光栅转盘的转速n.

钾的逸出功 Wk=2.3 Ve= 2.3x1.602x10-19 =3.6846x10-19 J (焦耳)

“红限”频率 k = Wk /h =3.6846x10-19/6.626x10-34=556x1012 s-1

“红限“波长 k = c/ k =3x108 /556x1012 =540x10-9m=540nm

应用 W= h0 , h0 = hc ，则，钾的临界波峰数为：

k0 =WK /hc=3.6846x10-19/(6.626x10-34x3x108)=1.85x106 （m-1）

又∵ k0 = L0 / 0 , L0 = k0 0 ,前面已经导出L= =

可得 n = ——临界转速

取θ=1°= rad , c = 3x108 m/s， = 0 ， = k0 ，代入得：

nk0 = c /(360x 0 x k0 )

=3x108 /(360x540x10-9 x1.8536x106 =8.3x105 rps (转/秒)

即，转盘狭缝开口为1°，光源临界频率为5.56x1014每秒，光源强度足够时，金属钾为接收板的临界转速为8.3x105 转每秒。此种参数之下的临界波列长度L0为

L0 = k0 0 = 1.8536x106 x 540x10-9 ≈ 1.00 m

或者用 L= ct ∵ t= ，ω=2πn ,θ=π/180 ∴ t = =

L0=ct= = = ≈1.00 m

对应的波数是 kmax= L0/ 0 = 1/540x10-9 =1.85x106

显然，即使光栅转盘有83万转每秒，狭缝通过的波列长度依旧超过1米，实际的人造光源很难达到这个水平。这是本实验的困难所在！因此，需要选择高纯色、低“红限”、长波列和大功率高效光源以满足必要条件；还可以从设备结构着手，最大限度地改善光照强度、时间控制等要素的保障措施，使实验取得理想结果。具体有以下措施可供考虑：

转盘设置多个狭缝以获得最大照射强度；

用2块有狭缝的、可水平高频振动的光栅挡板替代转盘，以得到相对精细的最佳时间控制效果；

用透镜系统将光源聚焦，使光路交叉点（焦点）刚好位于狭缝处以获得最大通光量，增加接收板照射强度；

筛选接收材料，“红限”较低者有利于实验；

筛选光源，单色性越好、波列越长、功率越大者越好；

电流电压测量系统的要有较高的精度和灵敏度，能够精确录制实验过程的数据变化。

结论：只要各种参数筛选适当，实验能够有确定结果。