光的频率代表了什么？光强的本质是什么？如何理解光电效应？

在经典电磁学之中，光被认为是一种电磁波。

基于此，人类曾自豪的认为自己已经掌握了光的本质属性，直到光电效应实现的出现，一切似乎又变得模糊了起来。什么是光电效应实验？它又是如何颠覆经典电磁学对于光的认知的呢？我们还是要从麦克斯韦说起，麦克斯韦所提出的麦克斯韦方程组几乎可以解释宇宙中任何的电磁现象，然而遗憾的是天不与寿，就在麦克斯韦预言电磁波存在后不久，他便与世长辞了，于是赫兹继续麦克斯韦的研究，通过实验证明了电磁波的确实存在，与此同时，赫兹还发现了另外一个现象，那就是光电效应。

那么什么是光电效应实验呢？首先，我们可以放置一块金属板，而金属板上是具有电子的。

当我们用光去照射金属板的时候，金属板上的电子就会被光撞飞出来，这就是光电效应实验。

这样一个简单的实验是如何颠覆经典电磁学对于光的认知的呢？对于光，存在着两个主要的参数，一个是频率，另一个则是光强，所谓光强，我们可以简单地理解为光的亮度，亮度越高的光则光强就越大。在经典电磁学之中，认为光的能量是由光强所决定的，也就是越亮的光，它的能量也就越大，其实很多人现在也是这样认为的。

但光电效应实验所观测到的现象与经典电磁学理论格格不入，在光电效益实验中，人们观测到从金属板上被光撞出的电子的动能与光的频率有关，频率越大则电子的动能就越大，而与光强毫无关系。如果频率不够，即使光强再大，电子也不会被撞出来。

此外，经典电磁学认为能量是可以积累的。

也就是说即使光的能量不足以将金属板上的电子撞出，但只要多照一会，让能量积累一会，就可以将电子撞出，但事实是，无论光的亮度多高，照射时间多长，只要频率不足，电子就不会飞出来。显然，光电效应实验所表现出来的现象与经典电磁学存在着极大的矛盾。怎么办？

当时，诸葛大力的偶像普朗克提出了这样一个理论，那就是振动带电粒子的能量是量子化的，翻译成白话，就是说振动带电粒子的能量是一份一份的，而不是连续的。爱因斯坦从普朗克的理论中受到了启发，提出了这样的一个理论，那就是光的能量也是量子化的，也是一份一份的，而每一份能量就是一个光子。

既然一份光的能量就是一个光子，那么一个光子到底有多大的能量呢？单个光子的能量就等于光的频率乘以普朗克常数，这个公式一给出，就阐明了光的能量只与频率有关。

既然光的能量只与频率有关，那么光强，或者说光的亮度又代表了什么呢？爱因斯坦认为，光强的本质其实就是光子的个数，也就是说光子的数量越多，那么光看起来就越亮，但这与光子的能量毫无关系。即使是再亮的光，光子的密度其实也是很低的，所以两个光子同时撞上一个电子的几率趋近于零，因此无论光强有多大，光有多亮，只要频率不够，也就是单个光子的能量不够，那么就不可能将电子从金属板上撞飞。这就是为什么被撞电子的动能只和频率有关，而与光强无关的原因。

为什么光的频率只有达到一定的水平才能够将电子从金属板上撞出去呢？

这是因为金属板上存在着正电荷和电子，当电子被撞出去之后，金属板便会带正电，于是它又有了一个对电子的吸引力，因此，要把电子从金属板上撞出来，就必须要克服金属板对电子的吸引力，也就是要对其做功，这个功在物理学上就被称之为逸出功，因此，要让金属板上的电子飞出来，光子所具有的能量就要大于这个逸出功，如果小于这个逸出功，那么金属板上的电子就无法被撞出。

而光子的能量等于频率乘以普朗克常数，所以光子要想具备将电子撞出去的能量，就必须要达到一定的频率。当然，有一种情况例外，那就是激光，由于激光是一种光强很高的光，也就是光子密度很高的光，所以用激光照射金属板可能会出现两个光子同时撞击一个电子的情况，所以即使单个光子能量不足以将电子撞出，那么两个光子的能量累加之后就可以办到了。