光電效應

把光照在乾淨的金屬表面上，只要光「對」了，電子就會從金屬跳出來。這就是光電效應（photoelectric effect）。日常畫面：這像是把彈珠從淺杯裡敲出來。輕輕一碰毫無作用，但夠用力一敲就會把彈珠彈出。1900 年前後物理學家面對的謎題是：這一「敲」的力道取決於光的顏色，而不是它的亮度，而任何把光當成平滑波的理論都無法解釋這一點。

精確地說，這個效應遵守愛因斯坦的光電方程式：K_max = h f - phi。這裡 K_max 是被打出電子的最大動能，f 是光的頻率，h 是普朗克常數，而 phi（功函數）是把一顆電子從該金屬中解放出來所需的最小能量。關鍵事實是：電子的能量取決於頻率（顏色），而非強度（亮度）；而在某個底限頻率 f_0 = phi / h 以下，無論光多麼刺眼地亮，都不會有任何電子跑出來。愛因斯坦在 1905 年的解釋是：光以一份一份的封包（光子）抵達，每一份攜帶能量 h f；一顆光子至多解放一顆電子，且唯有這單一封包夠有能量時才行。

為什麼重要：這是光除了是波、也表現為粒子的第一個硬證據，並為愛因斯坦贏得 1921 年諾貝爾獎。它驅動太陽能電池、測光表以及數位相機的感光元件。要更正的常見迷思：把光調得更亮（每秒更多光子）會打出更多電子，但絕不會讓每顆電子帶更多能量；而在底限頻率以下，再亮也毫無作用。