普朗克是谁?在科学上有什么贡献?

心系十万光年


量子力学的创始人普朗克,量子力学之父

1900年,德国柏林大学教授普朗克首先提出了“量子论”。 1906年12月14日,普朗克在柏林的物理学会上发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文,提出了著名的普朗克公式,这一天被普遍地认为是量子物理学诞生的日子。

马克斯·普朗克(1858年-1947)在1900年首先形成了他的量子论。这一理论如同5年后爱因斯坦发表的相对论一样,对物理学产生了深远的影响。

普朗克,1858年出生于德国。他终生从事热力学研究,最大科研成果是提出了量子假说。普朗克很早就投入了对黑体辐射的探索,在用经典物理理论无论如何都解释不了探索结果的情况下,他对经典物理理论进行了否定,提出崭新的量子假说新概念,并据之得出了公式,把辐射能量与辐射光谱统一了起来,解决了黑体辐射问题。普朗克的量子假说认为,辐射是由一分分的能量组成的。就象物质是由一个个原子组成的一样。辐射中的一份能量即是一个量子。量子的能量大小取决于辐射的波长,波长越短,能量越大;波长越长,能量越小。换句话说,就是量子的能量与波长成反比,与频率成正比。所谓量子,来自拉丁文“分立的部分”或“数量”一词。光正是一个个量子的连续发射,但由于人的眼睛有视觉暂留现象,所以看不到一个个分离的量子,而看到的是一道道光线。从而,为新物理学的产生奠定了第一块基石。

 量子假说是物理学进入新的发展阶段的标志,它在经典物理学的宏大体系中打开了第一个缺口,为现代物理学基本理论的建立奠定了新的基础。因此,光量子的提出本身是一个革命性的行动,从这个意义上讲,普朗克无疑是量子力学发展史上第一个革命者。但是,受过严格经典物理学训练的普朗克,看到自己为形势所迫,不得不提出的量子假说造成的对经典物理学理论的“破坏”,心中有说不出的难过,从而限制了他进一步超越经典物理学论的界限,建立起崭新的物理学理论的研究。相反,他对经典物理学理论极其深厚的思想感情,使他开始了试图取消量子假说,或者使量子假说纳入经典物理理论的奋斗。

  普朗克的这一奋斗造成了必然的失败。他从1901~1914年的15年间,两次修改了原来的理论,企图使之纳入经典物理学理论。1911年,他提出第二个理论,对量子假说作了部分修改,即认为它只在发射时是不连续的,而吸收时却仍然是连续的。1914年,他又提出了第三个理论,不管是发射或是吸收,一律都是连续的,全面修改了量子假说,但这一理论在1915年终因未得到人们的支持而被放弃。在这15年中,普朗克在量子理论的知识宝库中,再也没有加进任何值得称道的东西。

  普朗克在晚年终于看到了自己的徒劳,他不得不承认“为了设法使基本作用量子适合于古典理论,我徒劳地进行了许多年的工作,耗费了很大精力,结果是枉费心血。现在我认识到,基本作用量子在物理学理论中所起的作用,比我受到的怀疑要重要得多。”

  普朗克尽管是新理论的开拓者,但他在刚刚提出量子假说后便又缩了回去,没有能够在这一假说的基础上,建立起崭新的微观物理学理论量子力学的大厦,把已经得到的东西失掉了。就在普朗克修正他的量子假说之时,德国物理学家爱因斯坦大胆革命,继续为量子理论的发展开拓道路,不仅证实了量子的存在,并在普朗克量子假说基础上,为建起量子力学大厦做出了进一步的努力。

  普朗克是一位老派的学者。他为人正直高尚、奉公守法、谦虚谨慎,从来不愿意炫耀自己。他自称没有特殊的天才,不能同时处理许多不同的问题。在学术工作中,他主张尽可能地谨慎,不到万不得已不愿意打破传统的“框框”。他把自己的量子假说称为“孤注一掷”的办法。就是说,只是在实验事实的逼迫下,他才终于“上了梁山”。因此,人们常说他是一个“不情愿的革命者”。

简单说普朗克科学成就如下:

1.普朗克早期的研究领域主要是热力学。他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。此后,他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究。

2.提出能量子概念

普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式,创立能量子概念。

3.1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作,为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。



普朗克的量子恐怖在什么地方

黑体是指能完全吸收外来电磁辐射,既无反射也无透射的物体。从定义可以看出,黑体和质点、刚体等等,都只是理论上的抽象。根据物理理论,物体只要有温度,就会不断以电磁波的形式向外辐射能量,当然黑体也不例外。

19世纪下半叶,由于工业特别是冶金工业发展的需要,人们越来越重视对热辐射和黑体辐射研究。在实验中已经可以精确测定热辐射和波长的能量关系。现实迫切需要对黑体辐射的理论加以完善,并进一步指导实践。

在实验数据的基础上,维恩从经典热力学理论出发,假设气体分子辐射频率只与其速度有关,并根据统计物理,推导出了黑体辐射的维恩公式:然而,这个公式的问题在于只在高频辐射端和实验数据吻合得很好,在低频端并不适用。

科学家们为此伤透了脑筋,既然黑体辐射讨论的是电磁波的发射问题,电磁学中已经知道,带电粒子或电流作简谐振动时就将辐射电磁波,黑体辐射问题就应该在电磁学的基础上讨论解决。据此,瑞利和金斯两人从能量均分理论和经典电动力学出发,推导出了另一套黑体辐射公式:

,即瑞利-金斯公式。然而这个公式偏偏只在低频有效,在高频端却不适用,即所谓的“紫外灾难”。

这下科学家更伤脑筋了,其核心在于,到底如何建立一套完整的黑体辐射公式。作为一个经典热力学科学家,普朗克也投入到了这项烧脑的研究中去。作为一个传统物理学家,普朗克也是按照经典的研究方法开展工作的,即从基本的物理定律出发,演绎和构建新的理论体系。然而,不管他是从经典热力学出发,还是从电动力学出发,都难以构建起黑体辐射的完整体系。传统的物理理论在这一领域好像失灵了。普朗克的研究陷入了僵局,他一干就是六年,却始终一无所获。

就在普朗克几乎要绝望的时候,他忽然灵机一动,去他的基础理论吧,我先把公式凑出来再说。这时,维恩公式和瑞利-金斯公式不再是暨待修正或推倒重来的公式,而变成了普朗克加工的素材,他的工作也纯粹变成了一场数学游戏。普朗克加加减减、拼拼凑凑,通过插值法竟然真的凑出了一套公式,可以分别在低频和高频端满足维恩公式和瑞利-金斯公式。这就是著名的黑体辐射的普朗克公式:

得到公式后,普朗克开始按预想寻找理论解释。然而,这一找不要紧,普朗克发现找来找去,他不得不承认一个假定,即电磁辐射的能量是按最小能量单位的整数倍进行的,他将这个最小能量单位称为能量子,后人改称为量子。这个假定太富于革命性了,在它刚被提出时,没有人赞同它。的确,在经典物理学的思想里,能量是连续的。而在量子假说中,能量只能是一份一份地被发出来,这看上去是不可思议的。

事实上,普朗克本人都不喜欢这个假定。在他小心翼翼地提出量子假说后,仍然花费了15年的时间试图找到能从经典物理学导出的方法来代替量子假说。但始终没有成功,只有采用量子假说,黑体辐射的理论才能与实验完美地结合。

对于我们普通大众来说,离散的能量带来的震撼可能还不够。那么这个理论到底恐怖在哪里呢?那就是打破了经典物理学的连续性根基。单以能量而言,比如我们看到温度从1度上升到3度,那么自然会认为温度会经过其中的任何一个值,那么如果是离散的,那么温度越过的那些空白到底是什么?如果能量不是连续的,那么时间、空间也就存在着不连续的可能,而这可能颠覆整个经典物理学的大厦。我们知道,牛顿的封神之作叫《自然哲学的数学原理》,这部书构建起了完整的经典物理学大厦。这里自然哲学我们可以理解为科学,数学原理就是微积分,也就是说,经典的物理学体系是以微积分为基础的。而学过微积分的都知道,“连续”、“光滑”在微积分中有多么多么的重要。而现在,“连续”出了问题,“光滑”更无从谈起,经典物理的大厦面临倒塌的危险。而这才是普朗克的量子恐怖的地方。

但科学发展的车轮滚滚向前,量子假说顽强地生存了下来,并催生出了崭新的量子力学。对于普通大众来说,我们仍生活在经典物理的世界里,一切似乎没什么变化。但当我们深入到微观的世界,我们就会发现这样的理论有多么的震撼。由于量子的出现,在那个世界,经典的物理大厦或许已经倒塌。

普朗克坚决反对纳粹分子,这使他在希特勒时代的处境十分危险。他的次子有一次参与一伙军官暗杀希特勒的密谋,但因刺杀未遂于1945年初被处以死刑。普朗克于1947年去世,终年89岁。

量子力学的发展可能是二十世纪中最重要的科学发展,甚至比爱因斯坦的相对论还要重要。普朗克常数h在物理理论中有着重要的作用,现在被认为是两三个最基本的物理常数之一。它出现在原子结构学说、海森堡测不准原理、幅射学说和许多科学公式中。普朗克最初计算出来的常数数值比今天使用的相差百分之二。

一般认为普朗克是量子力学之父。虽然他对此理论后来的发展没有起什么作用,但是若把他的名次排得太后是不公正的。但彪炳青 史的贡献是“能量子”概念的提出。普朗克奠定量 子理论的整个过程可分为两个阶段:第一个阶段是寻找黑体辐射的普遍公式,事实上,这是普朗克一 开始的最高目标;第二个阶段是对所找到的普遍公 式的一个假设性的解释,在这一深思熟虑的解释中,发现了基本作用量子。其中第一个阶段除了体现他高深的数学修养之外,还表现了他坚韧不拔、有条 不紊和一丝不苟的性格。而在第二个阶段就明显地 表明了他的非凡的勇气和创新的思维特征,因为在 这个过程中,他运用了巧妙的概念组合方法,还做 出一个前所未有的假设,即振子的能量必须取不连 续的、离散的值。这是一种冲破传统观念束缚的创新性思考,正是具有坚韧不拔的性格及敢于挑战经 典观念的勇气,打破陈规的胆识,普朗克才有可能 提出能量子假说,引入作用量子。

牛顿,爱因斯坦,普朗克......哪位科学声望更高?中国科大顶级期刊发文实证测度

中国科大和复旦大学合作发表了一篇科技特色的人文研究成果,实证测度了科学家的科学声望(scientific fame),基于全球1.26亿本图书文献大数据中科学家全名的词频分析,描绘出物理学家在人类历史上声望的兴衰演变。该方法进而揭示出:虽生不过百年,科学巨匠们的贡献与声望跨越时空,对人类文明和社会进步发展的影响能持续数百年甚至上千年,成为科学精神文化的组成部分,这或许就是科学家们终其一生所竭力追求的人生终极价值。2018年,该成果以理论研究型长文“Long live the scientists: Tracking the scientific fame of great minds in physics”发表于信息计量学国际顶级期刊Journal of Informetrics上。

书籍作为知识的重要历史载体在计量学领域鲜有关注,论文引用率及发表是当前学界对科学家影响力最重要的学术评价指标,但其适用范围为学术共同体内的短期评估。近年来,尽管一些基于网络及社交媒体数据提供了补充计量指标,但依赖于新媒体信息的评估历史短暂且稳定性弱。因此,作为测度科学家声望的一种尝试,该项研究基于Google Books的3600万本历史图书和Google Scholar的9000万篇学术论文,使用了57种不同的语言来测试科学家全名在谷歌语料库中出现的词频,以大数据可视化来分析测度物理学家及主要学术贡献在学术圈以外的长周期影响力轨迹。

该测度方法进一步给出21世纪最有影响力的物理学家名单,前5名依次为爱因斯坦、普朗克、牛顿、帕斯卡和伽利略。在400年后的今天,早期科学家如牛顿、帕斯卡,虽然已经不能站在科学前沿,但他们的贡献在历史沉淀中逐渐变成了科学知识体系的奠基石。他们的姓名、科学成果、科学轶事(如牛顿和苹果的故事)以及顽强斗志(如排名第6的霍金)在书籍中为世人传颂,演变成了科学精神文化符号,激励着一代代学者勇攀科学高峰。


中学数学深度研究


1900年4月,开尔文男爵发表了一篇名为《19世纪在热和光的动力学理论上空的乌云》的演讲,他的开篇提到:“动力学理论肯定了热和光都是运动的方式,但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽了………”

第一朵乌云是迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾;第二朵是黑体辐射实验与理论的不一致! 两朵乌云最后成长为两座非常重要的物理学理论大厦:第一朵乌云导致了相对论的诞生、第二朵乌云导致了量子理论的诞生

而我们的主人公“马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克”,就是旧量子理论的创始人之一

19世纪末,科学家们在解释黑体辐射强度和辐射频率的关系时,分别提出了两个公式,分别是瑞利、金斯公式(麦克斯韦电磁辐射理论推导所得)和维恩公式(玻尔兹曼运动粒子的角度推导所得)

但是这两个公式都与实验现象不符:维恩公式只能符合高频范围的实验现象;而瑞利、金斯公式在低频范围符合的很好,但是在高频时辐射的能量密度就趋向了无穷大,与实验数据相差甚远,所以当时物理学家用“紫外灾难”来形容物理理论面临的困境!

当普朗克拿到这两个公式之后,从根本上去研究了这两个公式的推导,并未发现任何问题,很明显,经典的理论解释不了这个现象!普朗克冥思苦想,终于,他想到了一个办法,暂且不管推导过程是否符合经典理论,先拼凑出一个适合黑体辐射实验数据的公式再说吧,就这样他以这两个公式为依托,利用数学上的插值法,得到了一个符合实验数据的公式,也叫做普朗克公式! 经过其他科学家的实验检验,普朗克公式完全符合实验数值,普朗克相信,这绝对不是巧合,这个公式的背后肯定存在着某种更深层次的原因!

经过普朗克的颠覆性思考,他意识到,仅仅利用分子动理论来解释黑体辐射问题是远远不够的,在处理熵和几率的关系时,如果我们能够假设能量在发射和吸收的时候不是连续的,而是一份一份的,就能得到一个完美符合实验数据的辐射公式。

每一个最小份的能量就是一个能量子,简称量子这个最小能量ε=hν,h是普朗克常数h=6.62559*10^-34J•s

通过能量量子化假设,他得到了正确的辐射公式!

能量是一份一份的,在我们看来可能没什么了不起,但这确实是非常不可思议的,因为从牛顿以来人们一直认为一切自然过程都是连续不断地,想想微积分、想想牛顿,谁敢挑战?况且,这也太颠覆人的认知了,你敢相信这个世界是不连续的?温度从25℃上升到30℃时,不会经过27℃这话你信吗?

这就是普朗克最伟大的地方,他告诉了我们这个世界是不连续的,打破了传统观念、建立了理解世界的新思路,为量子理论的诞生奠定了基础,被称为近代物理学的开拓者之一!因此,他获得了1918年的诺贝尔物理学奖!


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问主所问的普朗克估计是指德国著名物理学家,量子力学创建人。他的全名很长,马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克,后人通常尊称马克斯.普朗克或者普朗克(1858年4月23日—1947年10月4日)。普朗克和爱因斯坦并称为二十世纪初最重要的两大物理学家(图二)。他因发现能量量子化而对物理学的又一次飞跃做出了重要贡献,并在1918年荣获诺贝尔物理学奖。

普朗克出身在一个富裕的家庭,年少的他就十分具有音乐天赋,他会钢琴、管风琴和大提琴,还上过演唱课,关键还帅的不行(图三)。但是普朗克并没有选择音乐作为他的大学专业,而是决定学习物理。大学毕业后,普朗克早期的研究领域主要是热力学。他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。此后,他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究(图四)。普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式,创立能量子概念。

1900年12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中,他阐述了自己最惊人的发现。他说,为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,后来被命名为普朗克常数。普朗克他只是提出理论,并没有充分的实验论证。有趣的是,当时的爱恩斯坦不太相信这个理论,歪打正着,从理论上论证了普朗克的正确,后来另一位科学家波尔实验中证实了量子现象。

从一开始,量子力学就充满争议,但也不断得到发展,它和相对论成为现代物理科学的两大理论支柱。比如我国的量子计算机,量子通信卫星就是量子信息学的具体应用。说接地气一点的生活具体例子,就是扫描隧道显微镜就是根据量子力学的原理研制的。医学上的核心共振成像技术也是根据量子理论产生的。







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普朗克是谁?在科学上有什么贡献?

马克斯·普朗克(Max Planck)是获得诺贝尔奖的德国物理学家。他生活在1858年到1947年,享年89岁。他以1900年量子理论的建立而著称,普朗克与爱因斯坦一样被认为是20世纪最重要的物理学家之一。他在量子理论方面的发现引发了一场物理学革命,这一革命一直持续到1970年。

普朗克从1892年开始担任柏林大学的教授,直到1926年退休为止,并以保守的思想家而闻名。1894年,他开始关注围绕黑体辐射的问题,即当加热非反射物体时发出的固有光谱。

光子的提出

普朗克试图揭示光的物理原理,直到1900年,每个人都认为光线是连续不断的,不可分割的直至最小。普朗克是一个保守的思想家,但他的计算却因将光表示为连续而混淆了。普朗克以路德维希·玻尔兹曼对热力学第二定律的统计解释为基础,引入了量化的思想-将光表示为离散的数据包,以后将其称为光子。后来,被问到这个决定时,他称其为“无奈之举”。

在普朗克的光模型中,电磁能必须以离散的能级发射,该能级是单位E的倍数,单位E是辐射频率与自然单位(称为普朗克常数)的乘积。确实,我们今天知道,与诸如可见光和无线电波之类的较低频率相比,X射线等具有较高频率和较短波长的光线所携带的能量更多。

普朗克单位

从普朗克常数中,物理学家能够得出一系列基本单位,这些单位不是基于人类的决定,而是基于宇宙的基本性质。通常,这些数字代表在我们当前的物理理论下有意义的最大或最小值。例如,在普朗克长度上,它比质子小许多倍以及普朗克时间。

在普朗克温度下,比太阳核心温度高出数万亿倍,自然的所有基本力将统一起来。普朗克速度等于光速,依此类推。当普朗克发现所有这些基本单位时,我们对宇宙的理解变得更加数字化。

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马克斯·普朗克

马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克(德语:Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858年4月23日—1947年10月4日),出生于德国荷尔施泰因,德国著名物理学家、量子力学的重要创始人之一。

普朗克和爱因斯坦并称为二十世纪最重要的两大物理学家。他因发现能量量子化而对物理学的又一次飞跃做出了重要贡献,并在1918年荣获诺贝尔物理学奖。

1874年,普朗克进入慕尼黑大学攻读数学专业,后改读物理学专业。1877年转入柏林大学,曾聆听亥姆霍兹和基尔霍夫教授的讲课,1879年获得博士学位。1930年至1937年任德国威廉皇家学会的会长,该学会后为纪念普朗克而改名为马克斯·普朗克学会。

从博士论文开始,普朗克一直关注并研究热力学第二定律,发表诸多论文。大约1894年起,开始研究黑体辐射问题,发现普朗克辐射定律,并在论证过程中提出能量子概念和常数h(后称为普朗克常数),成为此后微观物理学中最基本的概念和极为重要的普适常量。1900年12月14日,普朗克在德国物理学会上报告这一结果,成为量子论诞生和新物理学革命宣告开始的伟大时刻。由于这一发现,普朗克获得了1918年诺贝尔物理学奖。

主要成就

热力学

普朗克早期的研究领域主要是热力学。他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。此后,他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究。普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式,创立能量子概念。

马克斯·普朗克

19世纪末,人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候,出现了著名的所谓“紫外灾难”。虽然瑞利(1842-1919)、金斯,J.H.(1877-1946)和维恩(1864-1928)分别提出了两个公式,企图弄清黑体辐射的规律,但是和实验相比,瑞利-金斯公式只在低频范围符合,而维恩公式(维恩位移定律)只在高频范围符合。普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力,终于导出了一个和实验相符的公式。

他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文,题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式。12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中,他激动地阐述了自己最惊人的发现。他说,为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,后来被命名为普朗克常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。

1931年与爱因斯坦等

1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作,为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。

1918年,普朗克得到了物理学的最高荣誉奖--诺贝尔物理学奖。1926年,普朗克被推举为英国皇家学会的最高级名誉会员,美国选他为物理学会的名誉会长。

1930年,普朗克被德国科学研究的最高机构威廉皇家促进科学协会选为会长。普朗克的墓在哥庭根市公墓内,其标志是一块简单的矩形石碑,上面只刻着他的名字,下角写着:尔格·秒。 他的墓志铭就是一行字:h=6.63×10^-34J·S,这也是对他毕生最大贡献:提出量子假说的肯定。

波尔兹曼常数

普朗克的另一个鲜为人知伟大的贡献是推导出玻尔兹曼常数k。

他沿着波尔兹曼的思路进行更深入的研究得出波尔兹曼常数后,为了向他一直尊崇的波尔兹曼教授表示尊重,建议将k命名为波尔兹曼常数。普朗克的一生推导出现代物理学最重要的两个常数k和h,是当之无愧的伟大物理学家。

普朗克常量

普朗克演讲的内容是关于物体热辐射的规律,即关于一定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的能量分布规律。普朗克对于这一问题的研究已有6个年头了,今天他将公布自己关于热辐射规律的最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现的辐射定律,这一定律与最新的实验结果精确符合(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,必须假设在光波的发射和吸收过程中,物体的能量变化是不连续的,或者说,物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量,能量值只能取某个最小能量元的整数倍。为此,普朗克还引入了一个新的自然常数 h = 6.626196×10^-34 J·s(即6.626196×10^-27erg·s,因为1erg=10^-7J)。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。

普朗克之墓

能量量子化

在宏观领域中,一切物理量的变化都可看作连续的。例如,一个物体所带的电荷是e的极大倍数。所以一个一个电子的跳跃式增减可视为是连续的变化。但在微观领域中的离子,所带电荷只有一个或几个e,那么,一个一个电子的变化就不能看作是连续的了。

普朗克在1900年提出了“量子化”的概念。像这样以某种最小单位作跳跃式增减的,就称这个物理量是量子化的。[3]

量子假说

普朗克最大贡献是在1900年提出了能量量子化,其主要内容是:

黑体是由以不同频率作简谐振动的振子组成的,其中电磁波的吸收和发射不是连续的,而是以一种最小的能量单位ε=hν,为最基本单位而变化着的,理论计算结果才能跟实验事实相符,这样的一份能量ε,叫作能量子。其中v是辐射电磁波的频率,h=6.62559*10^-34Js,即普朗克常数。也就是说,振子的每一个可能的状态以及各个可能状态之间的能量差必定是hv的整数倍。

受他的启发,爱因斯坦于1905年提出,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光量子,简称光子,光子的能量E跟跟光的频率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的能量只决定于光子的频率,例如蓝光的频率比红光高,所以蓝光的光子的能量比红光子的能量大,同样颜色的光,强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少。

普朗克黑体辐射定律 :大约是在1894年,普朗克开始把心力全部放在研究黑体辐射的问题上,他曾经委托过电力公司制造能消耗最少能量,但能产生最多光能的灯泡,这一问题也曾在1859年被基尔霍夫所提出:黑体在热力学平衡下的电磁辐射功率与辐射频率和黑体温度的关系。帝国物理技术学院(Physikalisch-Technischer Reichsanstalt)对这个问题进行了实验研究,但是经典物理学的瑞利-金斯公式无法解释高频率下的测量结果,但这定律却也创造了日后的紫外灾难,威廉·维恩给出了维恩位移定律,可以正确反映高频率下的结果,但却又无法符合低频率下的结果。这些定律之所以能发起有一小部分是普朗克的贡献,但大多数的教科书却都没有提到他。 普朗克在1899年就率先提出解决此问题的方法,叫做“基础无序原理”(principle of elementary disorder),并把瑞利-金斯定律和维恩位移定律这两条定律使用一种熵列式进行内插,由此发现了普朗克辐射定律,可以很好地描述测量结果,不久后,人们发现他的这项新理论是没有实验证据的,这也让普朗克他在当时感到稍稍的无奈。可是他并没有因此而气馁,反而修正了自己的方式,最后成功的推衍出著名的第一版普朗克黑体辐射定律,此定律是在描述由实验观察来的黑体辐射光谱呈现良好的状态,这一定律于1900年10月19日在德国物理学会上首次提出。也因为普朗克黑体辐射定律是第一个不包括能源量化以及统计力学的推论,因为他本人不喜欢这个理论。


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马克思•普朗克,出生于德国荷尔斯泰因,德国著名物理学家,量子力学的重要创始人之一

普朗克和爱因斯坦并称为二十世纪最重要的两大物理学家,他发现能量量子化而对物理学的又一次飞跃做出了重要贡献,并在1918年,荣获诺贝尔物理学奖。

普朗克1874年进入慕尼黑大学攻读数学专业,后改成物理专业,1877年转入柏林大学,1879年获得博士学位,1930年到1937年任德国威廉皇家学会的会长,该学会后为纪念普朗克而改名为马克思•普朗克学会。

普朗克从博士论文开始一直在关注并研究热力学第二定律,发变诸多论文。1894年起开始研究黑体辐射,发现普朗克辐射定律,并在论证过程中提出能量子概念和常数h,称为后微观物理学中最基本的概念和和极为重要的普适常量,1900年普朗克在物理学会上报告这一结果,成为量子论诞生和新物理学宣告开始的伟大时刻,由于这一发现,普朗克获得了1918年的诺贝尔物理学奖。

普朗克另一个鲜为人知的伟大贡献是推导出玻尔兹曼常数K。

普朗克最大的贡献是在1900年提出了能量量子化。

大约在1894年普朗克开始把重心全部放在研究黑体辐射问题。





鱿鱼瞧世界


在物理学领域,尤其是在量子力学和热力学领域,普朗克贡献极大,他是量子力学最重要的创始人之一,甚至可以这样说,量子力学适于普朗克提出的“能量子”概念,由此也引发了量子力学的一场革命!

在博士学位时期,普朗克就一直专注于热力学第二定律的研究,并在这个过程中提出了能量子概念,还有一个常数,普朗克常数(这个常数非常重要)。同时,他还研究了黑体辐射问题,出现了“紫外灾难”,普朗克提出能量并不是连续的,而是一份一份的,这就是能量子概念,很好地解释了黑体辐射问题,因此获得了诺贝尔奖。普朗克提出的量子概念是量子力学的开端!

之后出现的普朗克长度,普朗克温度,普朗克时间都是在量子概念基础上得出来的,都设计到最基本的一个常数,普朗克常数!

或许,在量子力学领域,普朗克是最伟大的物理学家,甚至没有之一。在整个人类物理学界,普朗克也绝对有实力进入前十!

这种结论没有任何夸大成分,量子力学经过了几十年发展,尤其到了今天,我们更加感受到量子力学的震撼和颠覆性。虽然很多时候我们不理解甚至很难接受诡异的量子世界,但那些诡异现象是真实存在的。

如今量子力学已经成为现代物理学大厦的基石之一,而这个基石的基石就是普朗克!


宇宙探索


《宇宙物理体系》28个短视频目录:

1《宇宙物理体系》

2物质和能量

3质量重量

4磁和电

5时空

6光

7浮力

8饱和原理

9信息传播

10火箭发射

11苹果下落

12磁铁相吸

13地球绕太阳转

14飞机上升

15太阳能量方式

16月球重力

17力分析

18力传播

19力与速度

20传播力

21受力分析

22宇宙机理

23望远镜

24物理用词

25性质和量

26生命

27力分析举例

28摩擦力


天山我才


普朗克才是量子力学之父。


光量子宇宙



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