光電效應是什麼？愛因斯坦唯一獲得諾貝爾獎的關鍵論點

愛因斯坦找到光電效應來支持自己首創的光量子理論。所謂光電效應是用光照射在某些金屬上，使電子自金屬內彈出。這種金屬被稱為具光敏性（對光敏感之意）。光電效應可應用於電眼、攝影師的測光錶，也應用於電影片的聲軌上以重現聲音。

研究人員發現高頻率的光，即使光源很弱，也能夠將光敏金屬表面上的電子輕易彈出；然而低頻率的光，即使光源較強，卻無法將電子驅逐。由於強光比弱光攜帶較多能量，因此對於較弱的藍光和紫光能使電子脫離某種金屬，而較強的紅光卻不能，科學家一度感到困惑不解。

愛因斯坦以光子的思維來解釋光電效應。在金屬表面的原子吸收光子的過程是整個接收，或者是完全不接受。每當一個、也僅能有一個光子被原子完全吸收，才有一個電子被逐出金屬之外。這就是說，有多少個光子擊中金屬，與電子能否被逐出絲毫不相干，如果每個光子的能量過低，那麼不管光的亮度或強度多高，也是起不了作用的。決定性的因素在於光的頻率，也是光的顏色。小量的藍光光子或紫光光子能夠逐出小量的電子，但是大量的紅光光子或橙光光子卻敲不下一個電子來。唯有高頻率的光子具備足夠集中的能量，得以拉下一個電子來。

我們通常看見的波都有寬廣的波前（波陣面），波的能量就分布在整個波前。要把光波的能量集中到足以趕出金屬表面的電子，其不可能的程度就如海浪衝擊到沙灘時，居然將一顆沙灘上的圓石彈離岸邊、彈向內陸。光電效應是說：光是以光子的粒子束形式，與物質發生交互作用。光束中的光子數量決定了光束的亮度，光的頻率則控制了個別光子的能量。光以波動的形態行進，而以一串粒子的形態與物體發生交互作用。

愛因斯坦對光電效應的解說於11年之後，得到美國物理學家密立根（Robert Millikan, 1868-1953）的驗證。愛因斯坦所詮釋的每一論點都被證實，連光子的能量與頻率成正比的關係也證明無誤，愛因斯坦是基於這光電效應的理論（不是由於他的相對論）而獲頒諾貝爾獎的。

Question

1. 相同頻率的光，較亮的光會比較暗的光從光敏性的金屬表面逐出更多的電子嗎？
2. 高頻率的光會比低頻率的光逐出更多電子嗎？

Answer

1. 是的（前提是頻率夠高，足以逐出任何電子）。被逐電子的數量視射入光子的數量而定。
2 .不一定。如果該高頻率的光可以逐出電子，而該低頻率的光卻不能，那麼問題的答案是「是」，因為低頻率的光子能量不足以逐出電子。如果問題中的兩種頻率光都足以逐出電子，那麼被逐出電子的數量不因頻率而定，數量會因光的強度而定。