能量子来源于热辐射，光量子来源于光电效应，一个是能量的发射，一个是能量的吸收。它们有相同的本质。

经典理论不能解释光电效应。为什么电流的产生与否取决于入射光的波长，逸出能量的度量也是量子化的。爱因斯坦为此做出了前无古人的贡献，他引入光量子，从而解释清楚了光电效应的原理，他也因此获得了物理学的最高奖赏。然而，光量子的物理意义是什么？“整整50年有意识的思考仍没有使我更接近‘光量子是什么’这个问题的答案”。

光电效应与热辐射相反，是吸收辐射能量。当入射光波的频率（波长）与某种原子内电子的旋转周期相吻合时能激发电子跃迁，光媒子——激发态的以太粒子波列携带的能量就交换给电子而使其变为高能态，在条件具备时可在物质中形成电流而输出电能。能否产生电流取决于入射光波的频率能否与受体材料原子内电子的方位与回转周期匹配时，可以激发电子到更高能态。所以电流的产生与否与入射光的频率有关。这是一定条件下发光机制的逆效应；同热辐射一样，光电效应中能量也是以逸出一个电子所需要能量为最小计量单位，输出的总能量只能是一个电子所获能量全部，是一定波峰数所携带的总能量，波列是一个一个的——能量量子化。这个当时可计量的最小能量值被爱因斯坦称为光量子，实际上是一段光波波列。需要指出的是，在其中参与能量交换的以太粒子并不是爱因斯坦“光子”的“真身”。

对于光电效应，经典理论不能解释的是，为什么只响应一定的频率和电子初动能与光强的关系这两点。爱因斯坦的解释就是后来的光量子理论：频率为ν 的单色光束是由能量均为E = hν并以光速c 运动的光量子束流构成的。hν是相应单色光波光量子能量的最小单位。对于给定频率的光束，光强越强，表示单位时间内通过单位横截面面积的光量子数N越大。根据光量子理论导出的爱因斯坦光电效应方程是 hν= A + 1/2 m0 v2 。A是电子的逸出功，1/2 m0 v2 是光电子的动能。发生光电效应的临界状态是电子的初动能 1/2 m0 v02 等于零，与之对应的临界频率ν0 = A/h 。只要入射光频率大于临界频率就有光电子逸出。按爱因斯坦的光量子理论，当光照射金属时，一个光量子的全部能量将一次地被一个束缚电子所吸收，不需积累能量的时间。

光电效应就能量交换来说，就是发光的逆效应。是原子中的电子在光波波峰的持续“轰击”之下获得了越来越多的能量，逐步（最短响应时间在10-9s左右）达到脱离原子核束缚的程度而变成自由电子，最终在电场力的推动下形成定向流动而产生电流。并非所有的碰撞都能使电子摆脱束缚形成电流。只有那些相位和周期刚好与受体物质中电子运动相位和周期相对应的入射光波波列才能激发电子而发生光电转换效应。

光电转换时，入射的光波要找到与自己相位与频率匹配的电子，使得每次碰撞发生在适当的时间、适当的位置、适当的方向并以适当的力度与电子接触，使该电子与自己产生谐振，以使电子在每次碰撞都能获得有效的能量输入。(波媒充满空间和物质内部，总有与电子相匹配。)经过一定次数的碰撞以后，电子的能量积累达到脱离原子束缚的临界时就“逸出”成为自由电子，在电场力的引导下形成电流。即使入射光波的频率等于金属的临界频率，如果一个波列携带的总能量小于电子的逸出需要时也不会产生电效应。一个波列的总能量大于电子的逸出门限时，一定至少会激发一个电子逸出，也有可能激发多于一个的电子逸出。之间剩余的能量使该波列波峰不再会与该电子碰撞，而是可能与其它电子碰撞，直到消耗完自己的全部能量。剩余的不足以激发一个电子的能量消耗在被照射的材料（原子）上，通常会使受体发热。实际上，电效应只是能量交换的一种形式，照射中频率不匹配的光波通过反射、折射而重新发射出去或者被受体热吸收。达到转换频率的匹配光波中也有发生折反射和被热吸收的部分。

光电效应中电子获得的总能量就是所有有效碰撞所交换能量的总和,是之前定义的“光量子”。能够和一种物质发生光电效应的光的波列必有确定的频率，也就是光的波列中参与振动的所有光媒子具有相同的能量值。每一次碰撞电子所获得的能量就是本次碰撞光子所交换的能量，是比原能量子更基本的能量计量单位，是一个波峰对应能量，是“真能量子”。波媒粒子一次所能接收的能量是微小，因为波的频率振幅相等且有许多个数，电子获得的总能量必定是这个能量的整数倍，这个倍数就是有效碰撞的次数——“波数”，与入射光波列长度相关联的一个量。

首先，入射光的频率是绝对因素，频率不相符肯定没有效应，没有频率（频率为零）就更不用说了。只与频率有关，说明一定与受体内某个有周期性的东西有关。而且，可以排除一个周期就起效应的情况。因为一个波周期和零频率的对撞是等效的。还有，光子（以太）与电子的物理参数（质量、大小等）相差非常悬殊，电子的运动速度远小于光波的速度，一次碰撞交换的能量肯定不会达到电子的一个能级差值。而且，只响应固定的频率就意味着需要多于一次的“撞击”才能把电子“轰”出来。入射光频率必须与处于相应能级的电子运动的周期性相匹配。只有频率相近的有持续的连续激扰才能使电子与其谐振，从而使电子获得越来越多的能量，达到脱离原子的程度。这里的“频率”要求是“作用过程”所必需的，低于这个频率，碰撞是无序的，不能形成能量的定向转移——电流。所以，频率由当事电子的运动所决定，不是因为要遵循能量守恒定律，在能量表达式中出现了表征频率的参数ν而与之有关。

“一次被全部吸收”的“一次”实际上忽略了一个过程。光电效应并不一定能吸收光波波列的全部波峰，当电子能量已达逸出限度，就不再接受光波能量，该电子已经逸出了，匹配条件已不再维持。在涉及光的时候，一个波列（一束光波）的长度不能当作一个点来处理；一个有相当长度的波列与一个电子的作用时间不能看作零；一个有序的波列不能笼统地用一束“光量子束流”来代替；一个光波波列不会自动“拐弯”绕着原子核“追”着电子交换能量！。

关于频率响应，可以用实验确认。如果“红限”取决于电子的运动状态，不同能级的电子将有不同的“红限”。可以用同一金属板实验测量三种情况：1、将金属板置于常温下；2、加热金属板到一定高温状态；3、冷却金属板到一定低温。按相关原理，能量是物质运动程度的度量。在热态或冷态，金属板具有的能量是不同的，原子内电子的相应能级是不同的。所以，高温时电子相应能级的级差与低温时会有不同。如果实验测得高温时和低温时同一金属的“底限”有相应的差别，则可以证实“吸收的能量”决定于电子的运动。

还有时间方面，图-01是光电效应时的频率响应和时间响应曲线。实验测得的最短响应时间也有10-9s，“不需要积累能量的时间”与实际并不相符。有可测量的响应时间，也就是说从光照射后到有确定数量的电子流出也有一个过程。这个过程就是光子把电子“轰”到谐振状态所花的时间。

图-04 光电效应的频率响应和时间响应

如果光子一次碰撞就能激发电子逸出，就没有这个过程。而且，不论光子的能量状态是什么都是一次性传递给电子，就不会有“只对频率响应”这个事实。“一次性交换全部能量”，“不需积累能量的时间”，将导致“无穷大”问题产生——交换时间趋近于零，就有趋近于无穷大的冲量。

再看频率分析。为什么辐射可以有很宽的频谱而吸收响应有确定的门槛。同一种原子可以发出频谱很宽的电磁波。比如最简单的氢原子，其波长覆盖从364.6nm到656.28nm的范围。所以，辐射时，哪怕是只有一个原子单独处于一个高能级也可以发出自己的光。而吸收时，小于一定能量、一定次数的碰撞要么不能使电子脱离束缚，要么不足以形成电流。光辐射被吸收变成电流流出是特定的特殊转换形式，所以特定的条件必须得到满足。

电光效应和光电效应都有“多次碰撞”的必然性和必要性要求。束缚电子一次碰撞即获得所需能量而变成自由电子是不可能的。爱因斯坦的光量子是一个光波波列，不是“子”。频率响应是由入射光与电子运动产生谐振所决定，hν是某个更小能量元的整数集合。真光量子就是每次有效碰撞所交换的能量值 。大小等于碰撞次数b乘以“真能量子hc”。即总能量 E=h0·b=h·c·b b：碰撞次数。h：普朗克常数。c：光速。