《科学中的革命》第110章

的一篇关于热辐射的论文表现了这一点，这篇论文“巧妙地展示了导致量子假说的一个
步骤，给人以极深刻的印象”（玻恩1948，171）。
爱因斯坦在开创相对论革命的年代里，还对量子论做出了根本性的贡献，这充分说
明了爱因斯坦的伟大之处。在1904年一篇关于统计物理学的论文中，爱因斯坦首次提到
量子论。1906年，他再次以统计力学为主题进行了研究，建立了今天所谓的“固态量子
论”。更为重要的是，正是他在1905年3月撰写的论文标志从普朗克潜在的革命思想到真
正的科学革命的转变，尽管还只是处在理论革命阶段。1905年论文包含两个根本性的假
设：一个是，当光或“纯”辐射在空间传播过程中，它被构想成由分立的和单个的粒子
或小球（量子）组成；另一个是，物质在辐射或吸收光（或任何形式的电磁辐射）的过
程中，也是以同样的量子形式进行的。这些假说不仅同普朗克1900年的假说相去甚远，
构成一场彻底的转变，而且也与当时普遍接受的物理学理论有着根本性的冲突。佩斯
（同上）认为，这项工作已成为“爱因斯坦对物理学最具革命性的贡献”；它“推翻了
关于光和物质相互作用的全部现存观念”。我们已经看到，爱因斯坦本人特别把他的这
项发现描述成“革命的”。
爱因斯坦1905年3月的论文题为“关于光的产生和转化的一个启发性观点”。“heu
ristic”一词在物理学中很少使用，它主要是在哲学和教育学中使用，意思是某种假定
（或说法）对发现和解释有一定的帮助，但不必把它当真。按理说，爱因斯坦应该在19
07年那篇相对论的论文和《狭义和广义相对论浅说》（1917，英译本1920）中再次使用
这个词汇，但他没有这样做。他之所以在论述光学的论文中引进这个词，原因是他提出
了一个可能并不存在的粒子性概念解释光的大部分已知现象。光的波动学说是19世纪物
理学取得的最伟大的成就之一，并且被光的干涉实验所证实。克莱因援引别人的话说，
爱因斯坦（克莱因1975，118）显然是在提议“物理学家们放弃光的电磁波理论”，而这
是“麦克斯韦的电磁场理论和全部19世纪物理学取得的最伟大的胜利”，除此之外，爱
因斯坦的假说没有任何实际意义。因此，爱因斯坦提出的只是临时性的假说。
描述一种波动所用的基本参量是速度、波长和频率。在爱因斯坦粒子假说的能量子
hv概念中，频率v　常常通过波动方程导出，而其中波长参数则运用“干涉”技术测定。
但在光量子概念中，对于波动理论极其重要的参量波长对于粒子或光量子却没有明显的
物理意义。连续的或波动的特性与分立的或粒子的特性之间的对立是如此明显，以至于
爱因斯坦不得不在他的论文中写上这样的话：“假设我们的见解是符合实际的”。普朗
克始终认为，光和其它形式电磁辐射是由波动构成的；因而是无限可分的：分立的能量元
或量子只是连续波与物质化互作用产生的一种效应，例如在光的吸收扣辐射过程中所表
现出的，但却不是光波的基本特征。其他物理学家也长期持这种看法。按照爱因斯坦19
05年的假设，光本身正是由分立元或量子构成的，也就是说，光（和任何形式的电磁辐
射）必定具有一种“细胞”状的结构。在爱因斯坦的概念中，量子是光本身的基个特征，
而不是以在光和物质相互作用过程中才表现出来。尽管科学家和科学史家今大一般都称
“爱因斯坦的光量子理论”。但光子的概念是很晚才建立的，而且它另外还有动量的性
质。而且，爱因斯坦直到临终以前（如在去世前一周的一次采访中）仍然坚持说，它
“不是一个理论”，因为它不能为光学现象提供个圆满的解释。
尽管爱因斯坦的论文是假说性的，启发性的，不完整的和理论上的，但其中确实有
一节是极为重要的、确定的，可以通过直接实验加以验证。这部分是爱因斯坦对光电效
应的讨论光电效应现象是赫兹于1887年发现的．它的许多特性是P．勒纳德于1902年观察
到的。在光电效应现象中，入射光照在金属表面上会引发电子辐射。实验表明、入射光
必须超过某个频率以后，才能打出电子；实验还表明，不同金属的“临界”频率是不同
的。爱因斯坦指出，假设光是由分立的量子构成，那么“最简单的设想是”，一个“光
量子把它的全部能量给予了单个电子”。如果光（或辐射〕是单色的，频多为v　，则每
个光量子的能量为hv。这个能量要做两件事：克服金属对电子的束缚力而作“功”（P）；
给辐射电子一定的功能（E）；电子离开金属表面时拥有的能量用公式表示就是：
E＋P＝hv
或
E＝hv－P．
爱因斯坦公式解释了光电效应的一些规律。一个规律是，辐射电子的动能E与光的亮
度或强度无关，而只取决于它的频率。（爱因斯坦的解释是，光强是光子数目的量度，
表明辐射电子的数目，而非能量）。公式还揭示了辐射电子的能量E与入射光频率v　之间
的定量关系。另一个规律是，每一种金属在光电辐射过程中，都有一个确定的最小频率。
爱因斯坦公式对此的解释是：光电效应只有当频率足够大，使得hv　大于P时才会发生。
爱因斯坦的公式还预言：E直接根据v　的变化而变化；如果根据实验给出动能与频率
的关系图，那么直线的斜率就是普朗克常数h。不久后，J、J．汤姆森的学生A．L．休斯
以及其他一些人各自进行了验证性实验，结果证明了爱因斯坦公式的正确性。但真正的
判决性的实验是R。A．密立根做出的；这些实验不仅确证了爱因斯坦公式，而且得到了一
个新的，很精确的普朗克常数h（见惠顿1983）。
密立根关于这些实验的论文（1916）是相当奇特的。尽管他承认“在每一个场合”，
爱因斯坦的“光电效应公式”均能够“精确地预言实验的观测结果”，但他又称，爱因
斯坦赖以推导出这个公式的“半微粒理论，目前似乎完全站不住脚”。他在当年又一次
重复了他的立场，指出爱因斯坦的“电磁光细胞假说”是“大胆的”，实际上“也是粗
糙的”。在《论电子》（1917）一书中，密立根写道，爱因斯坦公式是“一个和支持他
的假说一样大胆的预言”，但爱因斯坦这个激进的预言完全没有“逻辑基础”。密立根
说，结果发现“爱因斯坦的这个公式”竟然能够‘精确地预言”密立根和其他人“通过
实验获得的事实”，这是多么令人惊奇！在他的书里，严然是一个革命的敌人的密立根，
并没有实事求是地告诉他的读者，他本人进行这些实验的目的是推翻爱因斯坦公式，也
包括公式赖以建立的光量子假说。1949年，密立根承认在他的一生中曾花了十年时间
“检验爱因斯坦1905年的公式”。他写道，“结果和我所有的预期相反，在1915年我不
得不宣布它无异议地被实验证实，尽管它似乎不合常理。”
密立根（1948，344）清楚地表达了他反对爱因斯坦光量子概念的理由：它们“似乎
完全违背了我们关于光的干涉现象的全部知识”，以及波动理论的实验基础。1911年；
爱因斯坦本人感到，他必须公开“声明光量子概念的权宜性特征”，因为它“似乎无法
与已经得到完全证实的波动理论协调一致”。佩斯发现，爱因斯坦的谨慎“几乎被误解
为他的犹豫不决”，这一事实可以解释许多令人不解的现象。例如，爱因斯坦的拥护者
冯·劳厄1907年在写给爱因斯坦的信中说，他听说爱因斯坦“放弃了他的光量子假说”
后很高兴。冯·劳厄并非唯一产生误解的人。1912年索末菲说，爱因斯坦不再坚持“他
（1905）提出的大胆的观点了”。而密立根在1913年宣称，“我相信”爱因斯坦“大约
在两年前，…已放弃了”他的光量子概念。1916年，密立根又一次宣称，尽管实验证实
了爱因斯坦公式，但它所依据的“物理学理论”被证明是“完全站不住脚的，因此我相
信，爱因斯坦本人也不再坚持它了”。但深入研究过爱因斯坦论文和信件的佩斯指出，
“没有任何证据表明他在某个时候放弃过他的1905年所做的任何宣言”。R．斯图威尔
（1975，75－77）于1975年以令人信服的证据宣布，?