1900年4月,開爾文男爵發表了一篇名爲《19世紀在熱和光的動力學理論上空的烏雲》的演講,他的開篇提到:“動力學理論肯定了熱和光都是運動的方式,但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽了………”

第一朵烏雲是邁克爾遜-莫雷實驗結果和以太漂移說相矛盾;第二朵是黑體輻射實驗與理論的不一致! 兩朵烏雲最後成長爲兩座非常重要的物理學理論大廈:第一朵烏雲導致了相對論的誕生、第二朵烏雲導致了量子理論的誕生!

而我們的主人公“馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克”,就是舊量子理論的創始人之一。

19世紀末,科學家們在解釋黑體輻射強度和輻射頻率的關係時,分別提出了兩個公式,分別是瑞利、金斯公式(麥克斯韋電磁輻射理論推導所得)和維恩公式(玻爾茲曼運動粒子的角度推導所得)。

但是這兩個公式都與實驗現象不符:維恩公式只能符合高頻範圍的實驗現象;而瑞利、金斯公式在低頻範圍符合的很好,但是在高頻時輻射的能量密度就趨向了無窮大,與實驗數據相差甚遠,所以當時物理學家用“紫外災難”來形容物理理論面臨的困境!

當普朗克拿到這兩個公式之後,從根本上去研究了這兩個公式的推導,並未發現任何問題,很明顯,經典的理論解釋不了這個現象!普朗克冥思苦想,終於,他想到了一個辦法,暫且不管推導過程是否符合經典理論,先拼湊出一個適合黑體輻射實驗數據的公式再說吧,就這樣他以這兩個公式爲依託,利用數學上的插值法,得到了一個符合實驗數據的公式,也叫做普朗克公式! 經過其他科學家的實驗檢驗,普朗克公式完全符合實驗數值,普朗克相信,這絕對不是巧合,這個公式的背後肯定存在着某種更深層次的原因!

經過普朗克的顛覆性思考,他意識到,僅僅利用分子動理論來解釋黑體輻射問題是遠遠不夠的,在處理熵和幾率的關係時,如果我們能夠假設能量在發射和吸收的時候不是連續的,而是一份一份的,就能得到一個完美符合實驗數據的輻射公式。

每一個最小份的能量就是一個能量子,簡稱量子,這個最小能量ε=hν,h是普朗克常數h=6.62559*10^-34J•s

通過能量量子化假設,他得到了正確的輻射公式!

能量是一份一份的,在我們看來可能沒什麼了不起,但這確實是非常不可思議的,因爲從牛頓以來人們一直認爲一切自然過程都是連續不斷地,想想微積分、想想牛頓,誰敢挑戰?況且,這也太顛覆人的認知了,你敢相信這個世界是不連續的?溫度從25℃上升到30℃時,不會經過27℃這話你信嗎?

這就是普朗克最偉大的地方,他告訴了我們這個世界是不連續的,打破了傳統觀念、建立了理解世界的新思路,爲量子理論的誕生奠定了基礎,被稱爲近代物理學的開拓者之一!因此,他獲得了1918年的諾貝爾物理學獎!

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