超速被照相 請怪愛因斯坦
2005/04/24
「如果開車超速被雷射測速照相機拍到,不要怪警察,應該要怪愛因斯坦發表了光電效應理論。」台大物理系副教授石明豐說,DVD、遙控器、自動門、測速照相機等,全都與光電效應理論有關,若無光電效應理論的提出,人類的生活可能還相當落後。 由國科會與聯合報、公共電視、科學人雜誌、中廣公司、News98 合辦、中央大學理學院科學教育中心承辦的「2005展望演講春季系列———物理光耀世界,紀念1905物理奇蹟年的一百周年」,第二場由台大物理系副教授石明豐主講「光子的歷史———從光電效應說起」。 石明豐指出,4月19日全球紀念愛因斯坦提出光電效應、相對論等影響現代科技最重要的理論,發起全球點燈活動,從普林斯頓出發向西傳遞,越過太平洋,其中使用的光纖通訊,就是利用愛因斯坦發現的光子特性「受激輻射」,所製造出來的雷射,來完成這項全球矚目的點燈活動。 石明豐表示,光電效應在現代生活中的應用相當廣泛,包括幾乎人手一台的數位相機、數位攝影機、家家戶戶都有的DVD、各種遙控器、太陽能計算機、雷射光筆、雷射印表機、照片掃瞄機、便利商店結帳用的掃瞄槍、特種部隊配備的夜視鏡、手術用的雷射刀等等,全拜光電效應之賜,才讓現代人能享有高科技品質的生活。 他還笑著說,警方常用的三種測速器,包括雷射、雷達測速器,及埋在地下的感應線圈,前兩種都與愛因斯坦有關;雷射測速器利用光電效應理論、雷達測速器利用狹義相對論,常因超速被警察開罰單的人,應該把帳算在愛因斯坦頭上。 石明豐還說,德國科學家普朗克為解釋黑體輻射的效應,在1900年10月假設出「黑體輻射公式」,即光的能量等於光的頻率乘以一個常數,後來這個常數被命名為「普朗克常數」;愛因斯坦則以「黑體輻射公式」,在1905年提出光電效應,隨後根據光電效應,發表震撼科學界的「光是由光子構成」假設。 愛因斯坦假定在任何情況下,光都是由光子構成,光子的能量與其頻率成正比,且不能連續分布;他也因光電效應理論,在1921年獲得諾貝爾物理學獎;美國科學家密利根則用光電效應測量出普朗克常數,在1923年獲得諾貝爾物理學獎。 石明豐表示,科學家直到1950年代末期、1960年代初期,才利用光電效應中的受激輻射理論,配合不斷來回反射的「回饋機制」,成功發明出雷射,與愛因斯坦提出光電效應,相隔達40多年,但現代生活中已隨處可見雷射的相關應用。 但愛因斯坦提出「光是由光子所構成」的假設,其實到現在仍有極大爭議,不少科學家質疑,許多現象用電磁波理論也能解釋,不一定得用光子的概念,有人甚至認為光子根本就不存在;美國科學家費曼就曾說過:「沒有人知道光子是什麼、在那裏,所以最好不要花時間去想這個問題。」 石明豐說,連愛因斯坦臨終前,也無法肯定光子的確存在,或光子究竟是什麼;雖然現今許多科學現象,都能用電磁波理論解釋,但極少數現象,例如原子會被真空反射的實驗,若不用光子的概念,就會變成一個謎;無庸置疑的是,愛因斯坦的光電效應理論,確實已被充分實踐,給人類帶來劃時代的科技改革。
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