主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

其实，爱因斯坦自己也认同，光波理论在解释散射、干涉、反射和折射等现象方面“具有非同一般的正确性”，而且该理论“可能永远不会被任何其它理论所取代”。但是，他指出，这种成功是建立在一个关键事实上的，即所有这些光学现象发生的过程非常短暂，而在这种转瞬即逝的时间内，肉眼根本无法观测到任何粒子特性。假如光的“瞬间”释放和吸收能够被人们观察到，那将会是一个别有洞天的世界。爱因斯坦认为，这就是为什么光波理论在解释光电效应的时候“举步维艰”的原因。

诺贝尔物理学奖获得者马克斯·冯·劳厄（Max von Laue：1879～1960）在1906年的时候，还只是柏林大学的一位普通讲师，他当时写信给爱因斯坦说自己愿意（部分）接受他的观点，即在光的释放和吸收过程中存在着量子。但，也仅此而已，而且劳厄告诫说只有“在光与其它物质交换能量时，才看上去像是由量子组成的”。持相同观点的人在当时是屈指可数。造成这种局面的原因部分是由于爱因斯坦自己，在他的论文原文中，他的确说过光“运动”的方式说明它是由量子组成的。这种论述很难说是对光量子做出了准确的定义，因为爱因斯坦想创立的并不只是一种“具有启迪性的观点”，而是不折不扣的一套完整的理论。

在当时，光依旧被认为是一种具有连续性的波，当它与由离散的原子组成的金属板激烈碰撞时，双方争锋相对的战场就是光电效应。但在1905年，依旧也很多人质疑原子的存在。5月11日，也就是在爱因斯坦完成了他的量子论文约两个月后，《物理通报》接受了他这当年投出的第二篇论文。在这篇论文中，爱因斯坦解释了布朗运动，从而为原子的存在提供了一个关键证据。

1827年，当苏格兰植物学家罗伯特·布朗（Robert Brown：1773～1858）在显微镜中观察悬浮在水中的花粉颗粒时，他发现这些颗粒似乎是被某种看不见的作用力推动着，总是处于随机漂移的状态。其他学者也观察到随着水温的升高，这种漂移现象会逐渐加剧，大家认为在这种现象背后可能存在着某种生物学上的缘由。但是，布朗发现当他所用的花粉颗粒有二十多年的年份时，类似的现象依旧存在。这个发现让他着了迷，他将各种各样的标本弄成细小颗粒，让它们悬浮在水中，包括玻璃，甚至还有狮身人面像上弄下来的东西。他发现这些悬浮颗粒在水中都会呈现不规则运动状态，这说明这种运动背后可能存在着一种未知的作用力。布朗把自己的研究结果写成一本名为《关于在1827年六、七、八月间利用显微镜观察的简单描述：植物花粉中的颗粒，以及有机物和无机物活动分子的广泛存在（A Brief Account of Microscopical Observations Made in the Months of June, July and August 1827, on the Particles Contained in the Pollen of Plants; and on the General Existence of Actice Molecules in Organic and Inorganic Bodies）》的小册子。其他学者对“布朗运动（Brownian Motion）”给出了似乎合理的解释，但很快就发现了其解释的不足。一直到19世纪末，那些坚信原子和分子存在的学者才认识到布朗运动是由水分子与悬浮颗粒之间的相互碰撞所引起的。

爱因斯坦认为布朗运动之所以存在，并不是仅仅由一次悬浮颗粒与水分子之间的碰撞引发的，而是多次碰撞的结果。也就是说，任一时刻，人们所观察到的悬浮颗粒的不规则运动都是这若干次碰撞的总体结果。爱因斯坦判断要想弄清楚这一难以捉摸的运动，关键在于了解相对于水分子的“平均”运动状态的偏差值，即其统计意义上的扰动值。鉴于水分子的尺寸很小，因而平均而言，可以认为若干水分子会从不同方向同时撞击花粉颗粒。在这种微观尺度上，尽管每一个水分子都会对花粉颗粒在单个方向上产生一个微小的推力，但是若干水分子所产生的整体效应则是导致花粉颗粒原地不动，因为这些作用力彼此相互抵消掉。爱因斯坦认为产生布朗运动的原因是因为水分子偏离了其“正常的”运动状态，也就是说其中一些水分子聚集在一起，同时撞击花粉颗粒，从而导致其向某一特定方向移动。

通过这一认识，爱因斯坦成功地计算出在某一段时间内，花粉颗粒运动的平均水平距离。根据他的预测，当水温在17摄氏度时，直径为千分之一毫米的悬浮颗粒会在一分钟之内平均移动千分之六毫米。爱因斯坦给出了一个公式，从而可以利用温度计、显微镜和秒表来计算原子的尺寸。三年以后，即1908年，索邦大学的让·巴蒂斯特·皮兰（Jean Bsptiste Perrin：1870～1942）通过一系列精妙的实验，证实了爱因斯坦的预测，并因此获得了1926年的诺贝尔物理学奖。

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