2005世界物理年科普系列报告会
从爱因斯坦解释光电效应到单光子应用
――纪念伟大的物理学家爱因斯坦解释光电效应100周年
中国科学院院士、中国科学院半导体研究所　郑厚植先生

1. 开场白 
  
  各位同学、各位老师，早上好。首先我非常感谢北京市青少年科技俱乐部、中国科学院数理学部跟中国物理学会给我一个机会，来参加庆祝世界物理年100周年的活动，并做这个报告。

　　今天面对这么多的年轻的学子，确实自己感触也非常多，总是不免想起当我们是你们这个年龄的时候的那个时代。在那个时代，知识的来源应该说是非常匮乏的，不像你们现在有机会就能够参与庆祝世界物理年。我记得我在高中的时候，只不过是因为当时非常感兴趣要做一个无线电遥控飞机，也仅仅是这个原因，因此当时我就进了清华大学的无线电电子学习。我相信随着社会的发展，科学技术的进步，将来你们所可以选择的人生道路一定是丰富多彩的。第二，我想说明一下，科普报告我从来都非常害怕做，今天也是我第一次做科普报告，主要是我认为要做科普报告的话，一定要有非常高的水平，所以我今天很担心是不是能够做好，但我想我是尽力了。

    今天我讲的题目是“从爱因斯坦解释光电效应到单光子的应用”。说明一下，我刚开始给北京市青少年科技俱乐部报题目的时候，提了一个从爱因斯坦发现光电效应，当时并不是不知道光电效应的实验性项目并不是爱因斯坦发现的，但是因为考虑到今年是纪念爱因斯坦一百年，另外他能够正确地解释光电效应，所以当时用了“发现”，现在看来不太合适。非常感谢我们的同学跟老师说这个不大确切，大家还是讲得非常对。

　　今年是世界物理年，大家一定知道这是世界物理年的会标。2005年世界物理年的来源，主要是因为1905年爱因斯坦先后发表了五篇具有划时代意义的论文。世界物理年的来历经历大概是这样的，大概在2000年的时候，欧洲的物理学会在第三届世界物理学大会提出了一个倡议，在2002年的时候，世界纯粹与应用物理联合会24次全体大会上通过了这样一个倡议，2003年联合国的科教文组织第32次会议支持了这个倡议，2004年6月10号联合国第58次会议通过把2005年定为世界物理年的决定。世界物理年的宗旨，我不知道是不是一个规范的说法，首先是要展示物理在经济、技文化各方面的重要作用。第二个要在全球范围内争取公众对物理学的信念，推动物理学教育，培养物理人才，使物理学在21世纪得到全新的发展。不是因为我们这些人是搞物理的，好像有一点王婆卖瓜。经过了一个严格的物理培训的人，将来他不管从事什么样的工作，他的发展后劲、潜力都要比其他的人相对强得多。在全球性的纪念活动大概是有这样的，一个是物理照耀世界的光术的传递活动，寻找物理天才的活动，物理史图片的巡回展。

　　我们再说一下2005年世界物理年跟爱因斯坦的关系。100多年以来，凡是学物理的学生都会争论这样一个问题，就是谁是当代最伟大的科学天才？可能是伽利略、牛顿等等。后来学生们争论半天以后，大家就聚焦在两个人身上，第一个是牛顿，因为他是发现宇宙的第一人。他是第一次用数学的运动定理描述了宇宙运动的规律。第二就是爱因斯坦，爱因斯坦后来发现牛顿定理描述的宇宙并不是真实的，他当时提出了一个最为震惊的理论语言，这个语言也就是相对论的基本概念，就是当一个物体相对另外一个物体运动的时候，对时间和距离的度量均会发生变化，也就是说空间和时间不是绝对的。爱因斯坦曾经对牛顿一段话，也算他们之间的对话，爱因斯坦讲“牛顿先生，请原谅我，你实际上是发现了在你那个时代具有最高思想跟最有创新人的可能找到的一种方式来认识宇宙”。所以这个话可能就回答了我们这个争论要结束了，提问方说他到底是不是很聪明，回答说他真是很聪明。

　　1905年爱因斯坦只有26岁，他当时只是专利局的审查员。他是当时独自一个人从事物理研究的，但是1905年也是爱因斯坦做出最有影响成就的一年。1905年3月份的时候，爱因斯坦在解释用紫外线照到铅的金属板，这时候就发现有电子从铅的金属板发射出来，被称为光电效应的时候他就提出光是具有特定能量的粒子，也就是光子组成。只有当光子的能量超过每一种材料特有的能量阈值，这个物资叫做功函数的时候，这时候你才有可能把铅当中的电子打出来，这就是今天我要从这儿开始讲的事情。

　　同样是在1905年的4月到5年，爱因斯坦发表论文解释布朗运动的起因，如果把花粉放到水里面，我们就发现它们是在水质运动，分子的相对运动就使得花粉做布朗运动。在6月份的时候爱因斯坦提出光的波粒双重性，就是光既是一个带有波动性，同时它又是具有最基本的能量单元－－光子，所以它具有粒子性。从这个事情延伸到量子通信。后来，爱因斯坦又提出了E＝MC2，这个公式很简单，所以有人说这是爱因斯坦给小孩出的题目，但是这是非常伟大，就是把能量跟质量联系起来。

2. 爱因斯坦与诺贝尔奖之间的故事 

    下面我再讲一下爱因斯坦跟诺贝尔奖的一个人家不大知道的故事。这是瑞典皇家学会正式颁布的诺贝尔奖的奖状，时间写成了1921年的12月10号。实际上真实的故事并不是这样。爱因斯坦在1905一年以后他实际上做了很多重要的工作。比如说他神话了对外有引力的认识，提出了引加速度是等价的。在1911年他提出在量子范畴内波粒两重性普遍存在于自然界中。甚至在1910年他解释了天空为什么是蓝的，当然现在大家都知道天空为什么是蓝的，特别重要的在1915年跟1917年，他完成了广义相对论的完整理论。1919年11月份，他提出了一个广义相对论的实验，他说从遥远的星空发来的光，它在经过太阳的时候，因为太阳的引力他会发生弯曲，到1924、1925年，他对量子力学做了一个重要的贡献，提出了一种新的舞台形态，我们的物质形态有气态、液态跟固态，这是BOSE爱因斯坦凝聚的。这是1997年美籍华人朱利文教授因此得到了诺贝尔物理奖。实际上到了1920年已经远远走在了当时整个物理学界的前面，完成了举世瞩目的科学成就。非常遗憾，当时由于诺贝尔评奖不太注重理论工作，另一方面，在他那个时候没有人能够理解它的广义相对论，造成了他在走向诺贝尔讲台的曲折。在1921年的时候越来越多的提名者