從法蘭克福南下，經過海德堡後，會發現一下子出現了鬱鬱蔥蔥的森林和大片的丘陵，卡爾斯魯厄是黑森林的第一站，茂密的樅樹森林從這裡一直延伸到前方200公里處，與瑞士國境相接。
卡爾斯魯厄地理位置
位於萊茵河邊的卡爾斯魯厄是一座風景秀麗的城市，在它的城中心，矗立著著名的18世紀的宮殿。鬱鬱蔥蔥的森林和溫暖的氣候也使得這座小城成為了歐洲的一個旅遊名勝。我們熟悉的“汽車之父”卡爾.本茨就誕生在這裡。兩任德國隊長前鋒比埃爾霍夫和門將奧利弗·卡恩，昔日慕尼黑的7號梅赫梅特·紹爾等球員都出自卡爾斯魯厄。可以說，卡爾斯魯厄是德國足球俱樂部中培養天才球員的搖籃!
卡爾斯魯厄城內
而我們的主角海因裡希.赫茲更是這座小城的驕傲。1887年，卡爾斯魯厄大學的一座實驗室裡，赫茲利用一個電火花發生器，兩個相隔很近的小銅球作為電容，閉合開關，無形的電流穿過裝置裡的感應線圈，很快兩個小球之間的空氣就會被擊穿，然後整個系統就會形成一個高頻的振盪迴路 (L-C 迴路)。如果麥克斯韋電磁理論是對的話，兩個銅球之間就應該產生一個振盪的電場，同時引發一個向外傳播的電磁波。在實驗室的另一邊，放著一個開口的銅環，在開口處也各鑲了一個小銅球，那是電磁波的接收器，整個銅環是一個孤立系統，當藍色的幽光在銅環間閃動時，麥克斯韋的理論取得了勝利。
L-C迴路 電場能與磁場能不斷相互轉化，形成振盪的電磁場，在空間中激發出電磁波
赫茲接著把接受器移到不同的位置，電磁波的表現和理論預測的絲毫不爽。根據實驗資料，赫茲得出了電磁波的波長，把它乘以電路的振盪頻率，就可以計算出電磁波的前進速度。這個數值精確地等於 30 萬公里/秒，也就是光速。麥克斯韋驚人的預言得到了證實：電磁波一點都不神秘，我們平時所能看到的光就是頻率在一定範圍的電磁波！至此，經典電磁理論達到了前所未有的高峰，然而，毀滅它的力量卻也在此刻開始萌芽！
電磁波示意圖 電向量E、磁向量H、傳播方向v兩兩垂直
在卡爾斯魯厄大學的那間實驗室裡，赫茲銅環接收器的缺口之間不停地爆發著電火花，明白無誤地昭示著電磁波的存在。但偶然間，赫茲又發現了一個奇怪的現象：當有光照射到這個缺口上的時候，似乎火花就出現得更容易一些。
光照射到金屬上，金屬內部的電子會被光激發出來而形成電流，即光生電，這類光致電變的現象被人們統稱為光電效應。
光電效應實驗電路圖
根據經典電磁理論，金屬內部的電子在平衡位置附近做簡諧運動。在光的照射下，電子受到電磁波的作用，振動幅度增大。入射光強度越大，電子振幅越大，越容易金屬內部逃逸出來。
但實驗中發現，當入射光頻率比較低時，無論入射光多強，都無法激發出光子。當入射光頻率超過一定值時，儘管光強微弱，依然有光電子產生。上述實驗結果是光的波動理論完全不能解釋的。
愛因斯坦關於光電效應的論文
為說明上述關於光電效應的實驗結果，愛因斯坦於1905年提出瞭如下假設：當光束和物質相互作用時，其能流並不像波動理論所想象的那樣，是連續分佈的，而是離散的，集中在所謂“光子”（Photon）[或光量子（light quantum）]的粒子上。但這種粒子仍保持著頻率（及波長）的概念，並且，每一份光子的能量ε正比於其頻率ν。
愛因斯坦的這個假說，是普朗克假說的發展。普朗克把能量量子化的概念侷限在諧振子及其發射或吸收機制上，而愛因斯坦卻指出，輻射本身就是一份一份地集中存在。
光電效應示意圖
據此假說，當光束照射在金屬上時，光子一粒一粒地打在其表面，金屬中的電子要麼吸收一個光子，要麼完全不吸收。
上式為愛因斯坦光電效應方程，透過引入光量子的概念解釋了光電效應的全部實驗結果。
但此時，愛因斯坦的光量子理論仍然作為一個假說存在。但在經典電磁理論與光電效應實驗事實發生絕對矛盾之時，其以簡潔明瞭的方式完美地解決了這個問題，說明了這個“光量子”的假說必然蘊含著一定的真理，接下來的實驗也無可辯駁地反映了其正確性。經典物理在微觀世界失效後，新的理論體系迫切地需要被建立起來。
參考資料：
[1]CAPO；量子力學史話
[2]趙凱華、羅蔚茵；新概念物理教程：量子力學；高等教育出版社
[3]顧樵；量子力學I；科學出版社
