再论光电效应
在之前的《论光电效应》一章，我们对能量辐射和能量吸收的两个过程做了比较详细的讨论。论述了我们的主要观点：hν不是最小的能量单位；能量子是电子能量的特征值；光量子不是“子”；频率响应不是hν决定的。再写本章的原因是能量子和光量子的概念还需要再做更深入的探讨。
发光和光电效应是自然界能量辐射和能量吸收中可直接观察的现象，是可以具体研究的现象，是可以量化考核的现象。我们就以这两个有显性特征的现象来展开论述。实际上，只要有能量差，辐射和吸收在任何情况下都存在。
爱因斯坦用他发明的光量子理论成功解释了光电效应的频率响应和电子初动能与光强无关这两个关键问题。他的理论对光量子的描述是：光量子的能量hν是相应单色光波的能量最小单位。频率为ν的单色光束是由能量均为E=hν并以光速率c运动的光量子束流构成的。在这里，光量子是以光速c运动的能量为hν的光波。光电效应就是光量子将能量hν一次性交换给受束缚电子，使电子获得足够的初动能并克服原子束缚成为自由电子而逸出。光量子的能量值等于hν表明光量子的“大小”不是一个确定量，是光波频率的函数。相同频率的光波其光量子是等值的。单个波列的光强度只与频率相关，与这列光波的振幅无关,与波列的长度
无关。这些都是光量子理论的观点。
在光量子理论中，光量子是电子从束缚态跃迁到自由态所需要吸收的能量，是普通电子变为“光电子”所需的能量。而所对应的能量供应者是一个光波而不是一个光“子”，“子”是因为理论认定“不需要积累能量的时间”所导致的结果。退一步讲，不论能量提供者是光波、光子、光束还是光波列，它们都被承认是“波”，是波就有波长、频率、振幅和震荡次数等参数存在，频率再高的波，两个波峰之间的时间一定不等于零。“一次性交换全部能量”和“不需要积累能量的时间”意味着光电转换过程和频率没有了关系。所以，光量子的意义与响应频率（红限）的解释和相对论的两个假设一样存在着不可调和自相矛盾。
我们可以拿发光做比较参照。发光原子一次发光所失去的能量是E=hν。原子每次发光是一个波列，这个波列有确定的频率、振幅、相位和长度。显然，hν是整个波列所带走的能量总和；根据至今没有争议的光学理论，原子一次发光的平均时间是t=10 s ,对应波列的理论长度是3米。即使每次发出的实际有效波列长度只有1厘米,对于波长最长的可见光，一次发光的波峰数量也有上万次。这一波列全部经过所需时间应该大于10 s。对于微观粒子和涉光问题，一万不能近似为一，10 不能随便忽略。发光时，原子一次能级跃迁要产生至少一万个波峰，吸收时也应该与此相当。
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在不计损失的情况下，至少也要吸收超过一万个波峰的光波才能使电子升高一个能级。而且，发光时电子并没有要求脱离原子束缚，它始终保持围绕原子核的运动。吸收时，吸收的能量要使电子能够摆脱原子的束缚。所以，发生光电效应时，产生一个光电子要比发光时发出一个波列需要更多的能量。即，吸收时的hν要大于发光时的hν。两个ν是不同值的。（这可以用来解释永动机问题）
根据以上事实，我们说，来源于光电效应的光量子理论是有问题的。光量子所对应的是一串波峰，一大串波峰；光量子的数值所对应的是一大串光波波峰所携带的总能量；这一大串波峰的总能量对应于电子能量的能级差值；所以说，光子实际上不是“子”，是有一定相位、有一定振幅、有一定频率、有一定长度的光波波列。说光量子是基本能量单位也不贴切，因为hν是一大簇数，它和光频率的可能取值数量相同，有非常大的覆盖范围。通常所说的一束光，哪怕是单色性很好的光，也有一定的频率带宽，用某一确定数值作为光量子描述这束光都是相当近似的处理。把这个几乎可以取任意数值的hν称作“单位”是不恰当的。
一般地，使用简称在许多时候确实可以化繁为简，但是，把本来就模糊的光量子简称为光子造成了天大的误解，给后世的物理学带来了无尽的磨难。人们从此把一串波列所具有的能量误解为一个“子”，又因此常常把一个光波的波运动
当作一个“点粒子”来看待，甚至当作一个“运动质点”来处理。例如光照射到哪里被看作光子运动到了那里。这不是简单的处理方法的错误，它造成了思想观念的严重误导。以这种思想观念为基础所建立的诸多理论使物理学离世界的真相渐行渐远。
再来看量子的起源。
在19世纪与20世纪交替的那几年，热辐射和物质相互作用的研究中新发现的许多不能用经典理论解释的现象是物理学研究的大热门。关于黑体辐射问题，瑞利-金斯的结论只在低频段与实验相符合，维恩公式则在高频段与实验符合的很好。普朗克综合了前二人的方法，利用内插法导出了普朗克公式，使公式的计算结果在全频段都与实验结果基本一致。在普朗克试图从理论上论证自己的公式的时候引出了著名的量子假设，并成功地利用量子假设从理论上导出了普朗克公式。这是在近代物理学发展史上具有重大意义的创举。能量子概念的提出为20世纪初的物理学大革命打响了第一枪。
普朗克推导理论公式的思路是从辐射场振动自由度开始的。他把空腔中的辐射场分解成各种频率的电磁驻波，又把每个频率的电磁波看作在某一方向偏振的简谐振子，一个简谐振动方式相当于辐射场的一个自由度。他首先计算出单位体积内振动自由度的数目，再计算出每一个自由度的平均
能量，在作出“一个简谐振子的能量不能连续取值”的伟大假设之后，成功地推导出了黑体辐射的普朗克公式。这个在一百年前的勇敢突破为当时深陷迷茫的物理学点亮了灯塔。现在回顾起来依然令人激动和震撼。
电磁波是横波，黑体内物质原子发出的每一列辐射波都有确定的振动频率、振动方向、振动幅度和振动持续时间。普朗克用以计算的简谐振子就是黑体原子每次激发所发出的一个波列。这是非常准确的概念，是最名副其实的“振子”，自然界中可能没有哪个“振子”比一个波列构成的振子更典型。这个振子的能量就是这个波列所携带的能量。虽然原子数目众多，但每个原子发生辐射是随机的、间歇的，每次激发只发出一个波列，而且每次激发所发出的波列不尽相同，因而每个振子的能量是千差万别的。普朗克之前的各个公式所用的是振子的平均能量，能量按自由度是均分的，因而都不能覆盖较宽的频率范围。上朔辐射的源头，一个波列的能量与当事原子的能量状态有关，一个激发到高能级的电子与以太粒子发生连续碰撞，直到自身的能量不能维持这个高能级时才退激回到低能级。对于一个处于平衡状态的理想黑体而言，可以认为，电子每次都是把本次的激发能量全部辐射了出去。进而可以认为，每个波列所具有的能量值可以等于本次激发的能级差值。除非是单色性很好的辐射，大多数黑体辐射单位体积内的振子的能量是各不相同的。普朗克假设