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普朗克:能量像子弹一样释放

发布时间: 2019-04-19 13:19:49   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

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在科学界,他创造性地提出:能量在辐射过程中的释放或吸收,不是像水流一样连续不断的,而是呈一股股“不可分割”的涓流状;他一直领导着德国的自然科学,是最受敬仰的一代学术宗师。在生活中,他遭遇了许多不幸,饱经苦难。但他一生不被困难所阻,兢兢业业,给后世树立了科学和道义的榜样。他,就是量子思想的创始人——普朗克。

卓有天赋

1858年4月23日,普朗克出生于德国基尔市一个知识分子家庭。父亲是基尔大学法学教授,母亲出生于牧师家庭。普朗克兄弟姊妹7个,他们从小受到良好的文化教养。

童年时期,普朗克显示了出色的音乐天赋,他能演奏优美动听的钢琴曲和风琴曲。他幼儿时期的梦想是成为一名职业钢琴家。普朗克在基尔接受了初等教育,后来在慕尼黑古典皇家马克西米连大学预科学院学习,普朗克在这里显示了卓越的数学才能。毕业后,普朗克进入慕尼黑大学深造,选择了数学专业。不久,他对“宇宙的本性”产生了浓厚兴趣,转学物理。他去找慕尼黑大学一位教授征求意见,这位教授劝他不要从事物理研究。在教授看来,物理学已经非常完美,如果继续研究下去,不会有前途。值得庆幸的是,普朗克坚信自己的选择,否则,伟大的量子理论将与他擦肩而过。

在慕尼黑大学学习3年后,普朗克来到柏林大学。21岁时,年青的普朗克在慕尼黑大学获得了哲学博士学位。他探讨了热过程的不可逆问题,提出了熵定律最一般的表达方法:“不管用什么方法都不可能使导热过程完全可逆。”可惜这一超前思维没能引起慕尼黑大学教授们的关注。大学生活结束后,普朗克留在慕尼黑大学执教5年,此后应邀去柏林大学教学,并担任了理论物理学研究所所长。普朗克很快成为德国物理学会柏林会员,并被选人普鲁士皇家科学院,在学术界名气不断增长。

量子先驱

19世纪末期,正是物理学从各方面取得“完美”成功之时,物理学家开尔文勋爵怀着喜悦的心情为19世纪的物理学做了美好的总结:整个物理学的大厦已经建成,但是在物理学晴朗的天空中,还飘浮着两朵云,那是在经典物理学的光辉大厦上笼罩着阴影的两朵让人烦恼的乌云,其中一朵是“以太危机”,另一朵便是“黑体辐射”。

1896年,维恩于用热力学的方法提出了一个经验公式,用以描述黑体辐射的规律,说明绝对黑体辐射强度按波长分布的曲线,但这个公式仅在短波领域与实验数据相符,在长波领域与实验不相符合。1900年,瑞利与金斯运用电动力学和经典的统计物理学的方法,提出了另外一个公式,这个公式适用于长波领域,却不适用于短波领域。

于是,普朗克开始研究热辐射问题。开始,普朗克认为只要以古典电动力学为基础,那么,由它得出的理论就会与实验资料相符合。但所有的劳动都成了徒劳,他失败了。可是普朗克并未灰心,他继而改用热动力学的方法去研究黑体辐射的问题,这一次他成功了。在改进维恩公式的基础上,也得到了一个经验公式,这个公式在短波区域近似于维恩公式,而在长波区域又近似于瑞利—金斯公式。

1900年12月24日,在德国物理学年会上,普朗克宣布了自己研究黑体辐射的成果,并提出了以下新思想:黑体辐射所产生的振动着的带电粒子,只可能是有一系列特定的不连续的能量,如果它们的振动频率是γ,那么辐射粒子的能量只能是hγ或者是它们的整数倍。在此普朗克用hγ作为最小单位,并把它叫做能量子。其中h是他在推导经验公式时引进的一个新常量,就叫作普适常量,后来科学家们都把它称作普朗克常数,并把1900年12月24日这一天定为量子理论的诞生日。

普朗克就第一次提出了能量不连续的概念。他认为,能量在辐射过程中不是连续的,它不像水龙头里的水,绵绵不断地流出来,而是不连续的,就像机关枪里的子弹一样,一发一发地被释放出来,而一发子弹便是一个能量子,它的能量只取决于频率。这个结论出人意外,它后来发展成了确定现代物理学两大支柱之一的量子力学,另一个支柱则是从研究“以太危机”推导出的爱因斯坦相对论。

但是,量子假说问世后,尽管遭到一些非难,但它突破了经典物理学的束缚,在建立现代物理学体系中还是被人们所接受。1905年,爱因斯坦首先运用这个假说对光电效应现象做了科学的解释,突破了经典物理学的框架,确立了量子理论的地位。1913年,玻尔将这一概念用于他的原子结构理论中。

著书育才

起初,普朗克对相对论有点儿怀疑,但后来却对它评价很高,甚至认为爱因斯坦可以和哥白尼相提并论,并积极向学术界介绍这种理论,扩大了爱因斯坦在德国的影响,因此有人风趣地说,普朗克“发现了”爱因斯坦,是除热辐射理论以外,他对物理学的又一个重大贡献。

普朗克个性严谨,爽直朴素,对人和善、真诚,为人从不矫揉造作。爱因斯坦说:“与普朗克一起生活是一件快乐的事。”40多年的教学生涯中,他主张让学生根据专长自由发展,培养了20多名哲学博士,其中有著名的哲学家石里克、获得诺贝尔物理学奖的劳厄和玻特。

饱经磨难

在科学界,普朗克获得巨大的成就。但在生活中,普朗克历经坎坷和忧患。第一次世界大战中,他的长子阵亡,两个女儿先后病故;战后,德国经济大混乱,60岁高龄的普朗克因公出差,因交不起旅馆的费用,只得在车站过夜;希特勒上台后,他更是历尽艰辛与屈辱。第二次世界大战期间,他在柏林的住所遭到空袭被毁,多年精心收集的日记、通信、文稿、书籍全都毁于一旦。更悲痛的是,他最心爱的次子因涉嫌谋杀希特勒而被纳粹处以绞刑。在一次空袭中他甚至被埋在地下长达几个小时。

普朗克生命中最后的两年时光,是在哥廷根的侄女家度过的。1947年10月3日,普朗克在哥廷根大学医院逝世。在葬礼上,哈恩和劳厄两位著名的科学家致了悼词。普朗克的遗体被安葬在哥廷根市的公墓里,墓碑上仅刻了姓名和普朗克常数h=6.62×10-27尔格·秒。