
駁斥不成變助攻——密立根的光電效應實驗
愛因斯坦於1905年6月9日發表論文,提出光量子的概念,成功解釋困擾科學家很久的光電效應。不過當時普遍認為光是一種波,尤其許多實驗都證實光就是馬克士威所說的電磁波,愛因斯坦的量子說自然受到高度質疑;美國物理學家密立根便是反對者之一。(可參見上一篇) 密立根完成測量基本電荷的油滴實驗後,未待論文發表,立即於1912年著手光電效應實驗。他設計了一個極為精巧的裝置,足以排除各種可能的干擾,以確保實驗數據的準確性,希望藉此徹底否定光量子假說,擊退愛因斯坦對經典物理學的挑戰。 這個裝置的核心是一個高度真空的玻璃管,以免電子受到空氣中的分子干擾。玻璃管內設有用電磁控制的鋒利刀片(下圖K),可刮削鈉、鉀和鋰等金屬樣本(下圖中間W)的表面,排除氧化或其它雜質的影響。為了精確控制入射光的頻率,密立根使用弧光燈作為光源,並透過一系列稜鏡和濾光片,分離出特定頻率的單色光。 單色光照射金屬所產生的光電子會奔向陽極(下圖S),形成光電流。如果愛因斯坦是對的,光電子的最大動能和入射光的頻率應該會呈線性關係,否則就代表光量子假說是錯的。 密立根花了三年時間才完成實驗,結果與他預期的相反,所有實驗數據都完美地落在一條直線上。而且從斜率算出普朗克常數的值,與普朗克當初從黑體輻射理論推導出的值高度吻合,誤差不到0.5