十六 秋风凉到薜萝衣(2/4)

念，所以对其机制不是很清楚。直到1897年，汤姆逊发现了电子，人们才注意到一定频率的光照she在金属表面上时，有大量电子从表面逸出，人们称之为光电效应。1902年，法国物理学家林纳发现了光电效应的四个主要特征：（1）当光照到金属表面时，电子几乎同时发she出来；（2）单位时间逸出的电子数目正比于光的强度；（3）光电子的最大能量和光强无关；（4）对特定金属表面，都分别有非常确定的截止频率（也称为阈频率），入she光的频率必须超过这个截止频率，才能产生电子，否则，不论光强多大，都无电子逸出。

孙元起的论文就从剽窃林纳的发现开始，首先用实验表明光电效应的四个主要特征，并测出几种金属的截止频率。然后说明光电效应的实验规律不能用已有的波动说理论加以解释。经典物理认为，电磁波是一种横波，其能量连续分布在波上。当它照在金属上时，横向电场作用到金属表面的电子上，电子就得到能量。当电子集聚的能量达到一定程度时，电子就能脱离原子的束缚而逸出。电磁波的强度和电场强度的平方成正比，因此，给予电子的能量肯定应当取决于电场强度，所以我们应当期望出she电子的最大能量取决于光强（每秒入she到单位面积的能量），而和频率无关。但从实验观察中可知，绝非如此。这是论文的第一部分。

论文第二部分起，开始发展在之前《辐she强度与光波长之间的函数关系》中提及的量子学说，提出了光的粒子说“光量子假说”，用来解决光电效应问题。认为应当把光当成是由一个个的能量包所组成的，每一个能量包的能量是e，且每一个包都以某种方式保持其本体，以致使其全部能量可以集中在一个单一电子上。光在空间的传播像粒子那样运动，当光she到金属表面时，能量为e的光子被电子吸收，电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的束缚，另外一部分就是电子离开金属表面后的动能。并得出著名的光电方程。即光子能量小于金属表面对电子的束缚时，电子不能脱出金属表面，因而没有光电子产生；当光子能量大于金属表面对电子的束缚时，电子会立即脱出金属表面，以剩余能量作为动能运动；光子的频率决定了光子的能量，也就决定了电子的能量；光子的强度只是决定光子的数目，光子多，产生的光电子也多。这样，经典理论不能解释的光电效应就被解释了。

同时也指出，根据光量子说可以立刻解释光电效应，但是用来解释光的干涉和衍she现象时又会遇到困难。从而认为光具有“波粒二象xing”。

紧接着，是论文的第三部分，则是包括密立根、康普顿、威尔逊所做的实验——因为孙元起手中没有实验器材，只能设计实验方案，并“预计”实验结果。比如，仔细测量了光的频率和逸出电子能量之间的关系，“可以”验证了光电效应量子公式。把xshe线投she到石墨上，以观测被散she后的xshe线，可以发现其中有两种不同的频率成分：一种与入sheshe线相同，另一种则会低于入sheshe线。使用“设想”中的云室，可以观测到带电粒子的轨迹。这表明起作用的不仅是光子的能量，还有它的动量……因为现在，伟大的爱因斯坦还没有提出狭义相对论，所以很多东西需要、曲折地隐晦地指出。这比直接指出还麻烦。

1922年，爱因斯坦因光电效应获诺贝尔物理奖。而康普顿因发现康普顿效应、威尔逊因发现用蒸汽凝聚观测带电粒子轨迹的方法，分享了1927年的诺贝尔物理学奖。由此可以想见这些发现与发明的巨大影响。

这篇论文花了孙元起两个月的时间，写了九十多页。写完之后，才有些犹豫，这么个大小的篇幅有点儿不上不下：作为一本专著，嫌小；作为一篇论文，太大。

“算了，不考虑了，还是让《e》的编辑烦恼去吧！”孙元起心想。至于能不能发表，这从不在孙元起关注的范围内。试想能写进《物理学史》的东西，能不重要么？这么重要的东西，能不发表么？然后便把论文装进信封，寄给了美国。

在忙乱中，i子过得飞快。

等孙元起论文投寄出去的时候，已经是1899年的九月了。京师大学堂、崇实中学都已经结束暑假，开始了新学期。孙元起又开始了每天的奔波。至于孙元起的那四个学生，每天脚不沾地，字典才编了一半儿。那两个班的小学生，也一切照旧。孙元起已经开始考虑给他们是不是要给补上一门“思想品德”课。嗯！招聘老师也是必须的。

这天孙元起拖着疲惫的身子回到院子。刚进院子，就看见韩蘧、顾之麟他们陪着陈骥德还有一个陌生的年轻人在“物理传习所”的牌子旁聊天。这个牌子已经摆放在那儿已经有一两个月了，虽然房子只是一般的平房，不是很好，可摆上了这么一个白底黑漆的牌子，多少有一些庄严的气象在。孙元起在《光电效应：从现象到本质》的署名上，就恶作剧地署上了“in”的名字。

傍晚的阳光把孙元起的影子拉得老长。那个陌生的年轻人好像被隔在陈骥德、韩蘧的圈子外面，插不上话，只在一旁倾听，时不时四下打量着这所奇怪的院落：有给小孩上课的地方、有给中学生上课的地方、还有署名“物理传习所”即给大学生上课的地方……所以他最早看见孙元起走进院子，便悄悄