普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

普朗克和愛因斯坦並稱為二十世紀最重要的兩大物理學家。他因發現能量量子化而對物理學的又一次飛躍做出了重要貢獻,並在1918年榮獲諾貝爾物理學獎。

德國出現了很多高端人才,都沒有用好,如果用好了也許這個世界是另一番格局,柏林大學為德國乃至全世界提供了很多高端人才,就像新東方一樣,出來單幹都是不得了的人物。柏林大學出了哪些人才:詩人海涅,哲學家費希特、謝林、黑格爾、費爾巴哈、叔本華,政治家俾斯麥、馬克思、恩格斯、李卜克內西……

數學和自然科學領域的更是數不勝數,物理學的:亥姆霍茲、赫茲、基爾霍夫、邁克爾遜、維恩、普朗克、愛因斯坦、薛定諤、玻恩……光諾貝爾獎得主就有29位。

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

如果這張照片去掉的話:我想我們的物理書就不用那麼辛苦了,連一半講的內容都沒有了。你們說這些人是不是很拽。

回到我們的主人公:普朗克

1858年春天,德國北部城市基爾的普朗克教授家誕下了一個漂亮的男嬰,起名馬克斯·普朗克(Max Planck)。曾祖父和祖父是神學教授,父親是法學教授,算是個知識分子家庭。9歲時舉家遷往慕尼黑。中學的普朗克可是又紅又專的好學生。他性情溫和,為人謙遜,遵守紀律,尊重老師,團結同學。這做人到這個分上還聰明就有點令人嫉妒啦。他才能在數學、物理和音樂方面都很突出。有時數學老師病了,竟膽敢讓這個學生去代課。《知識分子的家庭出身的孩子更加註重各方面的培養》

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

帥氣

到中學畢業,普朗克為專業的選擇而煩惱甚至是痛苦——音樂還是物理,這是個問題!(如果是在當今社會他人長得金髮碧眼,面容俊朗,眉清目秀,加之一表人才無論走實力派,還是偶像派,都擋不住,進演藝圈肯定不錯,肯定有很多女粉絲)6歲就開始練琴,直到中學,每逢節假日他都會去教堂演奏管風琴,鋼琴和大提琴也很傑出。還好,普朗克在中學就嘗試作曲,但他自己沮喪地發現,模仿痕跡太重而創意不足。而物理學史則一定要改寫。總之,普朗克最後一咬牙一跺腳就考進了慕尼黑大學。

到大四,他就選了柏林大學聽了,亥姆霍茲(H.von.Helmholtz)教授和基爾霍夫(C.Kirchhoff)教授的課。這兩位是當時科學最前沿的電磁學和熱力學的泰斗(比如亥姆赫茲,是熱力學第一定律的提出者)。普朗克聽了之後感覺自己是井底之蛙,不過理論的先進性擺在那兒,師傅引進門,修行在自身嘛。普朗克認真自學了熱力學的著作特別是克勞修斯的《力學的熱理論》,並立志去尋找像熱力學定律那樣具有普遍性的規律。1879年他拿出的博士論文就是《論熱力學第二定律》,提出了後來被命名為“開爾文—普朗克表述”的熱力學第二定律的第二種表述方式(第一種是“克勞修,斯表述”)。1888年基爾霍夫逝世後,柏林大學任命30歲的普朗克為他的繼任人(先是副教授,1892年後任教授)和理論物理學研究所主任。

(選擇了一個好的學校,就是一個好的開始)

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

普朗克的上級去世之後,留下了一個難產問題:那就是"黑體輻射" 也許你要問什麼是輻射,請你看我上一篇文章有具體介紹。什麼是黑體輻射。

“黑體輻射”是基爾霍夫於1859年提出的一個問題,假想存在著一個對入射的輻射全部吸收而完全不反射的“黑體”。比如我們測到一個物體輻射的能量和頻率,就一定是由兩種因素構成:一是物體溫度的貢獻,二是物體反射的貢獻。但如果存在著一個“黑體”情況就不同了,外來的輻射全部被吸收而轉化為物體的溫度,物體反射的貢獻沒有了,這個物體的輻射就只與物體溫度有關,而與物體的材質沒有一毛錢的關係,那麼我們就可以單純地研究溫度與輻射(能量與頻率)之間的關係,找出合適規律。

如下圖.前面我說“黑體”是一種“理想”的物體,到19世紀末它就變成了現實。科學家設計出一個叫“空腔”的實驗設備,實際上就一密封的箱子,內壁塗成黑色,開一小孔接收外來的輻射。這麼個箱子,就算一隻蒼蠅飛進來也難以飛出去,入射進去的輻射,在反覆的反射過程中就基本上都被吸收了,還能從進來的小孔再反射出去的就少到可以忽略不計了。

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

有了這個思想,科學家都要為了這個思想推導公式,

第一個:

德國物理學家維恩於1893年利用經典的電磁場理論導出了關於黑體輻射中能量最大的波長與絕對溫度成反比的定律。該定律表明,黑體輻射隨著溫度的升高,其輻射中能量最大的波長將向短波方向移動,故稱為維恩位移律。

1896年,維恩又進一步提出了一個黑體輻射能量隨波長分佈的公式,稱為維恩公式。但其後更精確的實驗發現,維恩公式在波長較短、溫度較低時才與實驗相符。

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

第二個:

很快,兩位英國物理學家瑞利(Rayleigh)和金斯(Jeans)又從另一個途徑(麥克斯韋-玻爾茲曼的能量均分原理)推出了一個“瑞利-金斯公式”,這個模樣—

u=8πν平方kT/c3次方 (其中ν是頻率,k是玻爾茲曼常數,c是光速。)

這個解決了維恩長波的問題,但是在短波方面又不對。

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

第三個:

普朗克把第一個和第二個結合起來推出了一個公式:

普朗克得到的公式則在全波段範圍內都和實驗結果符合得相當好。在推導過程中,普朗克考慮將電磁場的能量按照物質中帶電振子的不同振動模式分佈。得到普朗克公式的前提假設是這些振子的能量只能取某些基本能量單位的整數倍,這些基本能量單位只與電磁波的頻率V有關,並且和頻率V成正比。

E=hv (E是能量,ν是頻率,h,普朗克稱之為“作用量子”) h也叫“普朗克常數”,等於6.626×10-34焦耳·秒,一個很小很小的量。

普朗克發現,能量的吸收和輻射,不是連續不斷地,而是一份一份分立地進行的。能量分割的最小極限,就是這個hν。每一份量一定是hν的整數倍。

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

(搞物理都有一個現象,就是頭髮)

敲開了量子論的大門,也使他獲得了1918年的諾貝爾物理學獎。普朗克像是給一片森林帶來火種的人,之後量子革命的大火熊熊燃燒

普朗克在德國已經可以稱得上是學術最高的權威。一生受盡稱頌和愛戴,還沒有離世,他的頭像就被印在兩馬克金幣和郵票上。

普朗克:可以走偶像路線的,但是陰差陽錯改寫了歷史

1947年10月4日,普朗克在哥廷根逝世,享年89歲。

而他的墳墓上只有一塊長方形的石頭,上面刻著他的名字。

底部刻著屬於他的普朗克常數——“h=6.626196×10^(-27)erg·s”

普朗克也將永遠以另一種形式讓人類銘記於心。

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