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1921年诺贝尔物理学奖——对理论物理学的贡献

1921年诺贝尔物理学奖——对理论物理学的贡献

1921年诺贝尔物理学奖授予德国柏林马克斯普朗克物理研究所的爱因斯坦·

（AlbertEinstein，1879—1955），以表彰他在理论物理学上的发现，特别是发现

了光电效应的定律。

众所周知，爱因斯坦是20世纪最杰出的理论物理学家。爱因斯坦最重要的

科学贡献是在1905年创建了狭义相对论。然而在颁发1921年诺贝尔物理学奖时，

却只字不提相对论的建立。诺贝尔委员会特别申明，授予爱因斯坦诺贝尔物理学

奖不是由于他建立了相对论，而是“为了表彰他在理论物理学上的研究，特别是

发现了光电效应的定律”。诺贝尔物理学奖委员会主席奥利维亚（Aurivillus）为

此专门写信给爱因斯坦，指明他获奖的原因不是基于相对论，并在授奖典礼上解

释说：因为有些结论目前还正在接受严格的验证。这件事说明了20世纪初，人

们对待新的科学观念是何等的保守。当然，即使是只限于光电效应定律的发现，

爱因斯坦也早就该获得最高的科学嘉奖了。

量子假说是普朗克在1900年根据黑体辐射的实验和理论作出的大胆尝试。

这是物理学发展史中的一个里程碑。但是他的量子概念只限于辐射的发射和吸

收。爱因斯坦是在他的基础上，把量子概念进一步发展成为光量子理论。爱因斯

坦总结了光学发展中微粒说和波动说两种理论长期争论的历史，认为光能量的不

连续分布不但可以解释黑体辐射的规律，也应能解释光致发光、紫外光产生阴极

射线（即光电效应）、电离现象等实验事实。1905年，他在“关于光的产生和转

化的一个试探性观点”一文（图21－1）中提出了这一理论，认为光辐射的能量

是一束一束地集中在光子（或光量子）上，光子的能量是E＝hν，式中ν是光的

频率，h是普朗克常数。爱因斯坦根据能量守恒原理，得：eV＝hν－W

其中e为电子电荷，V为遏止电压，eV等于电子逸出金属表面的最大动能，

W为电子逸出金属表面需作的功。这个方程就叫爱因斯坦光电方程。在这个方

程中不出现光的强度，可见电子的最大速度与光强无关。这个方程不但解释了遏

止电压，而且还预言遏止电压与频率的线性关系。然而这个线性关系在1905年

爱因斯坦发表论文时，还没有人从实验中得到过，因为要测量不同频率下纯粹由

光辐射引起的微弱电流并不是一件容易的事。一方面是由于理论没有得到实验的

验证；另一方面，勒纳德（P.Lenard）的触发假说占了上风，更重要的是，经典

理论的传统观念束缚了人们的思想，因此，爱因斯坦的光量子理论和光电方程长

期没有得到普遍承认。甚至相信量子概念的一些著名物理学家都反对他，就连能

量子假说的提出者普朗克自己也持否定态度，认为爱因斯坦走得太远了。

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1921年诺贝尔物理学奖——对理论物理学的贡献

为了检验爱因斯坦的光电方程，实验物理学家开展了全面的实验研究。主

要困难在于电极表面有接触电势差存在，氧化膜也会影响实验结果。只是经过许

多人长期的研究，才逐渐克服这些困难。直到1914年，密立根作出了关键性的

实验，精确可靠地对爱因斯坦的光电方程进行全面的验证。到了这个时候，爱因

斯坦的光电效应理论才得到科学界的普遍接受。

爱因斯坦创建相对论虽然没有列入1921年诺贝尔物理学奖的成果之中，但

是世人早已普遍把这项成果看成是爱因斯坦最伟大的科学贡献。当然，这也是由

于爱因斯坦善于批判地继承前人的遗产所作出的创造性成果。应该说，在爱因斯

坦之前，物理学已经为相对论的问世准备了必要的条件。首先是麦克斯韦的电磁

理论。这个理论不但把电学和磁学统一为一体，而且还预见到了电磁波的传播速

度等于光速。其次是光学实验，19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变

性提供了实验依据。然而，这个结论却与力学中的伽利略变换相抵触。迈克耳孙

－莫雷实验为代表的以太漂移实验和其它许多实验得到互相矛盾的结果。为了解

决这些矛盾，洛伦兹在1892年一方面提出了长度收缩假说，用以解释以太漂移

的零结果；另一方面发展了动体的电动力学。他假设以太是绝对静止的，从他的

电磁理论推出了菲涅耳曳引系数。随后，又在1895年与1904年先后建立一阶与

二阶变换理论，他力图使电磁场方程适用于不同的惯性坐标系。然而尽管他的理

论能够解释一些现象（例如能解释为什么探测不到地球相对于以太的运