光学小知识 | 赫兹的光学经典实验

海因里希・赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）的实验

麦克斯韦认为，光就是一种特定频率范围的电磁波，可见光只是电磁波谱中很窄的一段。

赫兹对电磁现象在空气中的传播进行了大量实验;换句话来说就是，赫兹对麦克斯韦预言电磁现象的传播跟光的传播完全一模一样，进行了直接的实验。实验的关键是制造出电磁扰动的发射机和接收机。赫兹用静电火花装置来产生短波无线电电波，在最后所作的实验里，他利用装置所制造的电波的波长，短至30cm。其发射机和接收机的情形如图所示。

发射机（左）通过两个球形导体之间的放电来产生电磁扰动。探测器(右)由相似的装置所构成，但是探测器的夹片安放得尽量靠近以获得最大的灵敏性。发射机要放在圆柱状抛物面反射器的焦点处，以产生一束具有方向性的发射波。

赫兹用这一装置证明了，电磁波具有光的所有特性:直线传播、反射、折射和偏振。电磁波的传播速度的测定，则是用波的波长乘以波的频率来求得，这一乘积结果正好等于光速。这一实验于1889年完成，从而宣告了光的波动理论及麦克斯韦的电磁场理论的最终胜利。1894年赫兹因为败血症在波恩英年早逝，去世时年仅三十七岁。

然而，物理学的整个结构，此时却快要倒塌了。在完全一样的一系列实验中，赫兹还在1887年发现了一个重要现象，这一现象最后导致经典物理学的垮台：

在他用金属电极来产生火花放电的实验里，赫兹发现，当紫外光照射到电极上时，放电会在电压较低时出现。这一现象叫做光电效应；

其原因很快为人们发现:两个电极的金属，受到入射的紫外光的照射后，就会有电子发射出来。光电效应的结果很难用经典物理学来加以解释。

特别奇怪的是，照在电极上的人射光的强度即使增大，发射出的电子的能量却保持不变，即用同样的能量，却可以使更多的电子被发射出来。

后来，对于光电效应的研究和解释不仅深化了人类对光本质的理解，还催生了量子力学的诞生，并为现代科技（如光电子学、量子计算）奠定了基础。

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