普朗克

1900年,普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观念,导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。在理论上导出这个公式,必须假设物质辐射的能量是不连续的,只能是某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比的观点,并引入了普朗克常数h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔物理学奖。
普朗克
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普朗克-光量子假说

普朗克最大贡献是在1900年提出了光量子假说。
光量子假说主要内容:1900年,德国物理学家普朗克在研究物体热辐射规律时发现,只有认为电磁波吸收和发射不是连续,而是一份一份地进行,理论计算结果才能跟实验事实相符,这样一份能量叫做能量子,普朗克还认为每一份能量等于HV,其中V是辐射电磁波频率,H是一个常量=6.63*10-34次方焦秒,受他启发,爱因斯坦于1905年提出,在空间传播光也不是连续,而是一份一份,每一份叫一个光量子,简称光子,光子能量E跟跟光频率V成正比,即E=HV。这个学说以后就叫光量子假说。
光子说还认为每一个光子能量只决定于光子频率,例如蓝光频率比红光高,所以蓝光光子能量比红光子能量大,同样颜色光,强弱不同则反映了单位时间内射到单位面积光子数多少。
普朗克常数
普朗克演讲内容是关于物体热辐射规律,即关于一定温度物体发出热辐射在不同频率上能量分布规律。普朗克对于这一问题研究已有 6 个年头了,今天他将公布自己关于热辐射规律最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现辐射定律,这一定律与最新实验结果精确符合(后来人们称此定律为普朗克定律)。然后,普朗克指出,为了推导出这一定律,必须假设在光波发射和吸收过程中,物体能量变化是不连续,或者说,物体通过分立跳跃非连续地改变它们能量,能量值只能取某个最小能量元整数倍。为此,普朗克还引入了一个新自然常数 h = 6.63 ×10-27 erg·s。这一假设后来被称为能量量子化假设,其中最小能量元被称为能量量子,而常数 h 被称为普朗克常数②。
于是,在一次普通物理学会议上,在与会者们不经意间,普朗克首次指出了热辐射过程中能量变化非连续性。今天我们知道,普朗克所提出能量量子化假设是一个划时代发现,能量子存在打破了一切自然过程都是连续经典定论,第一次向人们揭示了自然非连续本性。普朗克发现使神秘量子从此出现在人们面前,它让物理学家们即兴奋,又烦恼,直到今天。
物体通过分立跳跃非连续地改变它们能量呢,但是,怎么会这样呢?物体能量变化怎么会是非连续呢?根据我们熟悉经典理论,任何过程能量变化都是连续,而且光从光源中也是连续地、不间断地发射出来
没有人愿意接受一个解释不通假设③,尤其是严肃科学家。因此,即使普朗克为了说明物体热辐射规律被迫假设能量量子存在,但他内心却无法容忍这样一个近乎荒谬假设。他需要理解它!就象人们理解牛顿力学那样。于是,在能量量子化假设提出之后十余年里,普朗克本人一直试图利用经典连续概念来解释辐射能量不连续性,但最终归于失败。1931 年,普朗克在给好友伍德(Willias Wood)信中真实地回顾了他发现量子不情愿历程,他写道,“简单地说,我可以把这整个步骤描述成一种孤注一掷行动,因为我在天性上是平和、反对可疑冒险,然而我已经和辐射与物质之间平衡问题斗争了六年(从 1894 年开始)而没有得到任何成功结果。我明白,这个问题在物理学中是有根本重要性,而且我也知道了描述正常谱(即黑体辐射谱)中能量分布公式,因此就必须不惜任何代价来找出它一种理论诠释,不管那代价有多高。”④
1919年,索末菲在他《原子构造和光谱线》一书中最早将1900年12月14日称为“量子理论诞辰”,后来科学史家们将这一天定为了量子诞生日⑤。
[普朗克科学定律]
普朗克曾经说过一句关于科学真理真理,它可以叙述为“一个新科学真理取得胜利并不是通过让它反对者们信服并看到真理光明,而是通过这些反对者们最终死去,熟悉它新一代成长起来。”这一断言被称为普朗克科学定律,并广为流传。