光子打到金屬上後，能量被吸收，光子去哪了？

單色光具有特定的頻率，量子力學告訴我們，光的能量分布並不是連續的，而是以離散形式存在，即是一份一份的。每一份的能量等於普朗克常數乘以光的頻率：hv，被稱之為一個光子，意思就是光的能量量子。因為光子靜止狀態下，其質量為零，所以光子很容易與其他靜止質量不為零的粒子複合，即把能量傳遞給另一個粒子。其原理用經典物理圖像就可以理解：兩個小球碰撞，如果兩個小球都是質量相當的鐵球，那麼多數會發生彈性散射，碰撞後改變運動方向，依舊是兩個小球。如果兩個球質量相差懸浮，一個是乒乓球，一個是鉛球，那麼改變運動狀態的一般是質量小的乒乓球。如果乒乓球換成水球甚至空氣球，那麼相遇鉛球，它自己甚至會解體消失。光子就是靜止質量為零的粒子，已經是最輕的「球」了，所以它碰撞到有質量的電子時，光子的能量會被電子吸收。

在金屬物質中，存在大量的自由電子，它們受到的原子核束縛極小，能夠在金屬內部近乎自由運動。但光子打進來的時候，電子就會吸收光子的能量，如果這個能量足夠大，能夠讓電子克服材料內部的所有束縛，掙脫而去形成真正意義上的自由電子，我們又把它叫做光電子。這就是光電效應，光子打進去，電子飛出來。

在量子力學發展初期，愛因斯坦大膽採用普朗克的能量量子猜想，提出了光子的概念，並成功解釋了光電效應，因此獲得了諾貝爾物理學獎（而不是因為相對論）。如今，光電效應已經成為一種很重要的實驗手段的基本原理，這就是光電子能譜技術。因為光電子本身依舊帶著在材料內部運動的信息，經過反演就可以得知材料內部的近自由電子的能量和動量分布，從而推斷材料的許多微觀量子狀態和宏觀物理性質。光子電子能譜技術目前可以實現角度/空間、時間、自旋等分辨，是一種精度極高的材料探測技術。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！