至於光是怎樣發生的，電磁波如何變成了光量子，或者光如何是波粒二象性，我倒有興趣聽一聽。
弟：我們知道，光源發光是其中大量分子或原子進行的一種微觀過程。現代物理學理論已經完全肯定分子或原子的能量隻能具有分立的值，這些值分別叫做能級。能級最低狀態叫基態，其他能量較高的狀態叫激發態。由於外界的激勵，如通過原子的碰撞而獲得能量，處於基態的原子可以躍遷到激發態中。處於激發態的原子是不穩的，它會自發地躍遷到低激發態或基態，並且向外發射一列電磁波，其頻率：ν=E2-E1h，h是普朗克常量。這樣的輻射躍遷過程叫自發輻射，見圖12-3。這一次躍遷過程所經曆的時間是很短的，不超過10-8秒，這也是一個原子發光所持續的時間。顯然，這種光波在真空中延長的長度l=ct。我們把這種具有確定頻率ν而長度有限的一段光波叫做一個波列。見圖12-4。相應的波列長度小於3m，因為光波的波長很短，在10-7至10-6m範圍內，所以，一個波列內有數百萬個波長，在時間t內包含了數百萬次振動，一次發光相當於發出幾百萬個波長的餘弦波。
圖12-3自發輻射示意圖
圖12-4一個波列示意圖
原子發光的基本特點是發光的斷續性，當然，一個原子經過一次發光躍遷後，還可再次被激發到較高的能級，因而又可以再次發光。一個原子在什麼時候發光具有隨機性。在實際的光源內，有非常多的原子在發光。
兄：你所說的能級，是電子繞核運動的軌道能級吧？電子在較高的軌道躍遷到較低的軌道就要輻射一個光子，反之就要吸收一個光子，是不是這樣？
弟：正是。
兄：那麼，電子在高能級躍遷到低能級的過程中，即在10-8秒內，如何產生一個電磁波波列呢？電子一邊跳躍一邊振動嗎？
弟：不能這麼理解，我們隻知道電子放出了一個光子。
兄：這個光子就是一個3米長的電磁列波嗎？
弟：又不能這麼理解。
兄：我們知道，光波是球麵波，在10-8秒內，這個球的半徑是3米長，之後迅速膨脹，光子也是迅速膨脹的光子嗎？
弟：不能這麼理解。
兄：電子躍遷可能是一級一級地躍遷，也可能是連續幾級地躍遷。根據光子的頻率公式ν=E2-E1h，電子為了符合這個公式，電子躍遷前必須想好跳多少級，以及事先計算好的光子頻率，是這樣嗎？
弟：這個問題相信隻有愛因斯坦才能回答。
兄：我們知道，光波係統是由兩個互相垂直的振動所組成。光子是一個還是有兩個不同側麵的光子？光子能解釋光的偏振現象嗎？
弟：這個問題我不知道。
兄：什麼都不知道的理論算是什麼理論呢？
弟：那麼，你認為原子是如何發光的？
兄：要知道原子的發光機製，我們首先要知道什麼叫做電子的電磁振動。想象空間有一顆電子，見圖12-5。
圖12-5電子以O點為中心來回振動
我們把位於原點O的電子向A推動，電子一邊前進一邊扭轉空間。電子扭轉空間的情形類似我們上緊鍾表發條。我們在A點前停止推動電子，此時，電子已帶有磁力，或者稱為磁能。我們放手後，電子因為磁能而回彈。當電子回到原點O時，磁能已經完全釋放，電子具有最大的動能。電子因慣性繼續向A′運動，並且反向扭轉空間。因動能變換磁能的關係，電子會在A′之前停下，之後再回彈。電子在空間來回運動，動能與磁能互相變換，我們稱之為電子的電磁振動。電子的電磁振動可以是和諧的和永久的，類似鐵珠在鐵鍋裏來回振動那樣。
倘若我們把電子推到A之後的AB區才放手，則是另一翻景象。此時，由於電子帶有較大的磁能，電子回彈到O點時的速度較快，電子反向扭轉空間的磁力變化較突然，這種急變的磁力會以波的形式向四周輻射。電子一來一回都輻射出一個磁波。電子每輻射一個磁波，都消耗一份磁能或動能，直至電子振幅回落到AA′之間的範圍內。電子一邊振動一邊輻射磁波，這種振動狀態稱為電子的激波電磁振動。
倘若我們把電子推到B點後再向前推，電子就不會回彈，電子會勻速地向前運動。B點是電子帶有最大磁能的終極點。任何電子攜帶的磁能都有一個最大值，就像鍾表發條所攜帶的彈能有一個最大值一樣。電子達到最大磁能再推動會作勻速直線運動並不難理解，如果我們把鐵鍋裏的鐵珠推到最高點時再推動，鐵珠也會作勻速直線運動，見圖12-6。
圖12-6鐵球在鍋外作勻速直線運動
電子繞原子核作圓周運動，可以拆解為縱橫兩個方向的電磁振動，電子繞核運動的本質就是電磁振動。鐵珠繞鐵鍋中心的旋轉運動，也可以拆解為縱振動與橫振動。振動的分解與合成並不是什麼高深的學問。
繞核電子會吸收與繞核頻率相同的磁波，或者說，繞核電子會與頻率相同的磁波發生共振。當電子吸收一定量的同頻磁波後，會由和諧態進入到激波態。電子輻射磁波後會以新形式進入和諧態。由於繞核電子的電磁振動是縱振動和橫振動的合成，所以，原子輻射的光的振動麵是兩個互相垂直的振動麵，見圖12-7。
圖12-7光的兩個振動麵
我相信，電子繞核運動是有序的，是受原子控製的。電子軌道並不是線性的，而是環帶狀的，見圖12-8。原子有若幹環帶狀的電子軌道，每一環帶又分內外兩個帶，在內的和諧帶和在外的激波帶。處於和諧帶的電子吸收同頻光後會進入到激波帶。處於激波帶的電子輻射同頻光後會返回和諧帶。電子輻射光的相位是受原子控製的，確保所輻射光不會傷害原子核。控製的機製可能是通過能空線的擾動。處於激波帶的電子，倘若原子放棄擾動，電子會吸光增能躍遷到高一級的軌道。處於和諧帶的電子，倘若原子附加擾動，電子會發光釋能跌落低一級的軌道。原子會根據需要控製電子所處的軌道。處於低軌道的電子，受到場力和電力較強，繞核頻率一定較高，所輻射和吸收的光的頻率自然高。處於高軌道的電子則是相反的。總之，處於某一軌道的電子，繞核運動的頻率是一定的，輻射和吸收光的頻率必定與繞核頻率一致。這樣，原子便有一係列的吸收光譜和輻射光譜。
圖12-8環帶狀的電子軌道
弟：完全明白，把電子的繞核運動看成是電子的電磁振動，能輕鬆解釋原子的吸光與發光。盧瑟福提出原子模型後，許多人擔心電子的繞核運動，會不斷釋出電磁波，從而喪失能量逐漸落向原子核。現在看來，這種想法是杞人憂天的。不過，光的粒子說並非空穴來風，而是有根據的。波動說在解釋光電效應現象遇到困難之後，愛因斯坦的光量子假說卻能令人滿意地解釋這種現象。所以，認為光的本質是波粒二象並存是合理的，也是物理學公認的決論。
兄：光量子是臆想出來的。光量子的假設能解釋光電效應現象是一種假象。光是一種橫波，認為光既是波又是粒的決論是十分錯誤的，完全違背了人類的邏輯思維。物理學家要麼是人，要麼是鬼。既是人又是鬼的物理學家是不存在的。認同光是波粒二象性的人應重讀小學課程。
弟：我還未解釋，你就下了決定，這不是正確的科學態度。
兄：那好，聽你如何解釋。
弟：光照射到金屬表麵時，電子從金屬表麵逸出的現象稱為光電效應。有趣的是，如果說光電效應是光的粒子性實驗證據，發現這一效應的卻是赫茲。1887年，赫茲研究電磁波的波動性質時偶然發現了光電效應。他用兩套放電電極做實驗，一套產生振蕩，發出電磁波；另一套充當接收器。電極之間存在火花放電的縫隙。他發現當紫外光照在負電極時，放電就比較容易發生。
赫茲的論文《紫外線對放電的影響》發表後，引起許多物理學家的注意。1888年，德國物理學家霍爾瓦希和俄國的斯列托夫，他們各自獨立地發現負電極在光照下，特別在紫外光照射下，會放出負電粒子。在德國，埃爾斯特和蓋特爾進一步指出，有些金屬，如鉀、鈉、鋅、鉛，不僅在紫外線作用下發生光電效應，而且在可見光作用下也有光電效應產生。他們甚至還認為，光電效應的帶電粒子是以一定速度從金屬中逃逸出來的。
圖12-9所示為光電效應的實驗裝置簡圖，在一個抽成真空的光電管GD內裝有陰極K和陽極A。當單色光通過石英窗射到陰極K時，便有電子從陰極表麵逸出，在電場作用下，飛向陽極A，於是在電路中形成電流。
圖12-9光電效應實驗
實驗發現，當入射光頻率一定且光強一定時，光電流i隨電壓U的增加而增加，當電壓增加到一定值時，光電流不再增加，而達到一定的飽和值im。飽和現象說明這時從陰極逸出的光電子已全部被陽極接收，所以飽和電流im的大小等於單位時間逸出的光電子數N與電子電量的乘積，即im=Ne。實驗表明飽和電流的值im和光強I成正比，也就是說單位時間從陰極逸出的光電子數和入射光強成正比。
圖12-10的實驗曲線表示，當加速電壓減少到零並逐漸變負時，光電流並不為零。僅當反向電壓等於-Uc時，光電流才等於零。這一電壓值Uc稱為截止電壓。截止電壓的存在說明此時從陰極逸出的最快的電子，由於受到電場的阻礙，也不能到陽極了。根據能量分析所得光電子逸出時最大初動能和截止電壓Uc的關係應為
12mv2m=eUc（1）式
其中m和e分別是電子的質量和電量，vm是光電子逸出金屬表麵時的最大速度。
圖12-10告訴我們，不同入射光強具有相同的Uc，也就是說電子的初動能與光強無關。實驗表明截止電壓Uc和入射光頻率ν有關。它們的關係如圖12-11的實驗曲線所示，不同的曲線對應於不同的陰極金屬。這一關係為線性關係，可用數學公式表示為
圖12-10光電管伏安特性曲線
圖12-11截止電壓與頻率的線性關係
Uc=Kν-U0（2）式
式中K是直線的斜率，是與金屬材料無關的一個普適恒量。對不同金屬來說，U0的量是不同；對同一金屬，U0為恒量。將（1）式代入（2）式可得
12mv2m=eKν-eU0（3）式
上式表明電子的最大初動能隨入射光的頻率ν的減少而線性減少。頻率降到某一值時，Uc降到零，即圖12-11中的斜線與橫軸的交點，這時光電子的初動能為零，不再發生光電子效應。這個頻率ν0稱為光電效應的紅限頻率，相應的波長λ0=cν0稱為紅限波長。由（2）式可知，紅限頻率ν0應為