一个简单实验里的顽固惊喜
取一块干净的金属板，用光照它。在合适的条件下，光会把电子干净利落地从金属表面打出来，而你可以把它们接住并测量它们的速度。这就是光电效应。听上去平平无奇，物理学家起初也确实以为它会很平淡——一束熟悉的光波落在金属上，理应像海浪侵蚀峭壁那样，把电子一点点“摇”松。然而当他们仔细测量时，结果却背道而驰到了根本塞不进“波”这幅图景的地步。
要看清这些结果为何如此刺眼，先弄明白“波”应当做什么会很有帮助。一束光波携带能量，而更亮的光，无非就是携带更多能量的更大的波。所以，假如光纯粹是一种波，故事本该很直白：你倒进更多的光（更亮），就倒进了更多能量，那就该打出更快、更有劲的电子。至于光的颜色——也就是它的频率——本该几乎无关紧要；要紧的是你灌进去多少能量。请记住这个预言，因为大自然把它的每一条都打破了。
实际发生的事
- 存在一道颜色门槛。在某个频率以下（比如红光），无论你把光打得多么刺眼地亮、等多久，都根本没有电子出来。
- 一旦越过门槛，电子会瞬间出现——光一打开就有，哪怕光极其昏暗。完全没有那种“能量慢慢攒够”的缓慢蓄势过程。
- 更亮的光打出更多电子，却不会打出更快的电子。把亮度调大，你会喷出更大一群电子——可每一个电子飞出来时所带的能量，却和之前一模一样。
- 更蓝的光打出更快的电子。提高频率（朝蓝色和紫外移动），每个被打出的电子飞出来时就带着更多能量。决定电子速度的，是颜色，而不是亮度。
这其中的每一条，都和“波”的预言正面相撞。一束昏暗的波，只要给足时间，本该也能交付出足以释放一个电子的能量——可在门槛颜色以下，再有耐心也无济于事。一束极亮的波本该打出有劲的电子——可它只是打出更大一群同样懒洋洋的电子。而颜色，那个“波”的说法认为几乎无关紧要的东西，竟成了总开关。在这里，光的波动图景不只是不够精确——它指错了方向。
爱因斯坦大胆的重新构想
1905 年，阿尔伯特·爱因斯坦用一个大胆的想法斩断了这团乱麻。他说，把普朗克的“包”当真——但要走得更远。光的能量不只是以包为单位被*交换*；光本身就是以一串分立的小包在*行进*，每一个都是不可再分的光之“颗粒”。今天我们把这样一个颗粒称为光子。单个光子携带的能量，完全由光的颜色决定：越蓝的光，意味着频率越高、能量越大的光子。这就是光子能量关系——它无非就是把普朗克的规则（能量等于频率乘上普朗克常数）用到了单独一颗光的颗粒上。
现在，把金属想象成一堵由电子砌成的墙，每个电子都被一种不大却真实的“抓力”按在原处——要扯下一个，得耗费一份最低限度的能量。关键在于：一个电子是被单独一个光子击中而获释的，整个过程是一次“全有或全无”的碰撞，就像一颗台球把另一颗撞下桌一样。两个“半份劲”的光子无法联手凑数；每个电子一次只跟一个光子打交道。这唯一的一条规则，一下子就解开了所有的谜题。
每一个谜题，迎刃而解
拿着光子这幅图景，把那些惊喜逐一回放一遍。颜色门槛：一个红光子干脆就携带不了足以克服“抓力”的能量，所以无论你扔多少个，它都释放不了一个电子。瞬时响应：因为单个光子在一次撞击中就把全部能量交付出去，所以只要一个足够强的光子落下，电子就在那一瞬间逃逸——根本不必等能量慢慢堆积。亮度与速度之别：更亮的光束无非就是*更多*的光子，所以它释放*更多*的电子，但每个电子仍然只遇上一个光子，于是飞出来时带着相同的能量。而更蓝的光打出更快的电子，是因为每个蓝光子装着更多能量，在付清“抓力”这笔账之后，余下更多能量化作了速度。
这是一个意义深远、也令人不安的论断。光的波动本性，早在一个世纪前就已被一系列漂亮的实验所证实，被视为板上钉钉的事实。爱因斯坦并不是在否认它——光确实会像波一样起伏、干涉。他说的是：光*同时也*是颗粒状的，以一个个可以计数的光子来去。光不知怎么地同时戴着两副面孔，这一张力我们以后还会回到。眼下，先记住这份回报：正是这项 1905 年的工作，他在那个奇迹年对光电效应的解释，为爱因斯坦赢得了诺贝尔奖——而不是许多人以为的相对论。