爱因斯坦的光电效应理论 为现代科学植基

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【大纪元4月17日报导】(中央社记者韦枢台北十七日电)拿着 PDA 点来点去输入或寻找,走进便利商店─“叮咚,欢迎光临”开门,买张游戏光碟回家放进电脑里玩,这些事有什么共通性呢?在专家眼中,这些都是光电科学的应用,而它们共通的老祖宗就是爱因斯坦,没有他在 1905 年提出的光电效应,人类的现代科学不知何时才有进展。

今年是著名的物理学家爱因斯坦发表“相对论”100周年,也是他逝世50周年纪念,联合国特别把今年定为“世界物理年”,全球各地发起各种响应物理活动。专家解释,1905年爱氏的几篇文章奠定现代科学的基础,更是现在最流行的光电科学的老祖宗,没有爱因斯坦,就没有现代科学。

有人对物理感到畏惧,甚至认为物理只是那些高深的研究员研究的东西,和一般人没有太大关系。其实物理本来就存在于宇宙中,甚至就在每个人的家里和住家巷口的便利商店内,只要善用它就可以让人类的生活更便利。

行政院国科会主委,前中研院物理研究所长吴茂昆表示,19世纪科学界认为光是一种波动,而非粒子,当时一位法国拿破仑时代的贵族De Broglie提出光是粒子,但是否具有波动现象的相异看法就教于爱因斯坦,结果被爱因斯坦评为“科学界的瞩光”。

吴茂昆指出,爱因斯坦进一步研究普朗克的量子理念并加以解释光电效应,也就是光不只是波动,也是粒子,不同颜色的光发出的粒子撞在金属上会打出更多的电子,这才建立起光具有波动和粒子的双重特性,这项发现使他成为1921年诺贝尔物理奖的得主,也奠定了现代光电科学的基础。

此外爱因斯坦在1905年的另一篇文章中解释显微镜下观察花粉浮在水面的运动,他从统计的角度和分子作用解释花粉的运动,这项发现近年来被生技界用做不同大小的分子分离之用,并建构特殊的结构。

而爱因斯坦最有名的是相对论E(能量)=M( 质量)C(光速 )2,而且这个理论被用在制造原子弹上,对人类带来极大震撼,后来也应用在核能发电上,为人类创造和平用途。

中华民国物理学会理事长张庆瑞指出,现代人常用的GPS(卫星定位仪),也必须用到爱因斯坦的相对论。地球高空有24个人造卫星,当在地球的人类使用GPS ,两者联结时,其实会因为彼此高度、重力和运动速度的不同而有微秒级的时差,而GPS必须考虑这些时差,才能确保定出使用人的所在位置。

张庆瑞说,只要是从光能转换产生电能的仪器都会使用到爱因斯坦的光电效应研究,现代人常用的 PDA、DVD、数位相机、光碟、计算机、行动电话等都是根据爱因斯坦研究所发展出来的东西,连便利商店的感应器也有关。

根据科学人杂志 (SCIENTIFIC AMERICAN)2004年10月号的报导,各家便利店的自动门主要是利用两片电极间夹杂着半导体,用来感应光线,光线强度的变化 (例如光束被遮断或一般照明的降低 ),会造成侦测器里产生的电流跟着改变,再搭配适当的电路后,就可以开门或关门。

由于爱因斯坦对现代科学影响既深又远,张庆瑞说,今年全球各地都会有一系列有关物理的庆祝活动,不谈高深的理论,只希望让人们更认识物理,更了解物理、生活与爱因斯坦的关系,让年轻学子更愿意在物理领域深造。

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