光電效應,指的是路德維格.施坦因閣下在前幾年發現的一個特殊而有趣的現象,當光照射在金屬薄片的時候,金屬薄片上會產生細微的電流,最開始的解釋中,法師們認為光具有能量,而這個能量通過照射轉移到了金屬薄片上,從而導致了電流的產生。
但施坦因閣下在實驗中發現,光照射在金屬薄片上產生的電流并不會隨著光照強度的變化而變化,這與光的波動說違背,因為眾所周知,倘若光是一種波,那么光照強度越強的光,自然也就擁有更多的能量,從而會導致更強的電流,可實驗現象卻與之違背。
同時,按照光的波動性理論,如果入射光強度較弱,那么就需要更長的時間才能積累足夠的能量,飛出金屬表面,但實際的情況卻是,只要光照能夠產生電流,那么無論強弱,電流都會立刻產生,這又是一處與光的波動說矛盾的地方。
施坦因閣下使用不同種類的光照射金屬薄片后發現,不同種類的光照導致的電流強度不同,由此,他給出的解釋是光是由粒子構成,不同種類的光是由不同的粒子構成,這些粒子攜帶有不同的能量,因此才會產生不同的電流。
由此,施坦因閣下便成為了光的粒子說的堅定支持者,有關光本質的論戰,持續至今,依舊沒有定論。
萊納今天便是要重復這個實驗。
只不過,擁有地球的記憶,他自然有了一些方向。
實驗室里,萊納提前布置好了實驗設備,其中最重要的是幾個光生成法陣。
這幾個光生成法陣能夠生成一定范圍內顏色穩定的光,通常被用作一些舞臺效果,鮮少用作魔法實驗。
萊納已經檢查過這些光生成法陣,它們實際上是能夠產生穩定頻率的光,萊納將其設置在暗室中,用來作為光電效應實驗的光源。
金屬薄片也有幾種備用,以用來做對照組的實驗。
整個實驗在一個真空暗室中進行,經過特殊處理的金屬薄片在其中不會被氧化導致電流誤差,同時,在金屬薄片之外,還有一塊加了可以變化的電壓的薄板,電子將在兩塊薄板之間移動,通過對其施加電壓,能夠讓光電效應射出的電子從一開始就做減速運動,倘若電子在抵達薄板的時候,速度正好為零,那么就可以根據紐因頓-霍蘭德方程,通過施加的電壓計算出電子射出時所攜帶的能量。
這個電壓萊納將其稱為遏止電壓。
通過研究照射光的頻率與產生電子的能量,就能夠嘗試建立起一組曲線,從而對施坦因先生的能量不連續理論進行驗證。
萊納使用法師之手操作著實驗,一邊記錄下數據,他對不同材質的金屬薄片與同一種光,以及不同的光與同一種材質做了好幾組對照實驗,一個上午過去了,他才完成了大約四分之一的實驗量。
在食堂隨意吃了點午餐,萊納又回到實驗室繼續,直到深夜,他才終于將所有的實驗數據測量完畢。
匆匆整理好實驗記錄,萊納回到了辦公室,此時已經是午夜零點,第二天是休息日,學生宿舍并沒有熄燈,還能看見幾縷光芒。
昏暗的校園寂靜無聲,萊納坐在辦公桌前,一張張記錄著實驗數據的紙飄起,讓萊納能夠迅速演算。
根據施坦因閣下的解釋黑體輻射的理論,量子的能量是不連續的,其值是施坦因常數與量子振動頻率乘積的整數倍,萊納假設光也是一種量子,取名為光量子,而光所攜帶的能量,便是光的頻率與施坦因常數的乘積。
同時,將薄板上施加的使得射出電子速度變成零的電壓與計算出來的能量,與施坦因公式的計算結果比較,做出曲線,從而驗證施坦因常數的值。
萊納選擇了六種不同頻率的光,分別測量它們在不同電壓情況下光電流的大小,然后繪制出電壓和光電流之間的曲線圖像,從圖像中再獲得某一頻率的光照射下被測金屬薄片的遏止電壓。
于是,六種頻率對應六個不同的遏止電壓,再次以此為坐標做出圖像來,正好是一條漂亮的直線!