德物理学家普朗克:量子力学像地下水一样突然爆发

早在1900年左右,德国物理学家普朗克就把能量是否有最小单元的疑问给彻底揭开了。那个时代烧水时温度表指针慢慢上涨,大家以为能量像涓涓细流一样无限可分,但这种直觉后来被证明是错误的。当时德国有个维恩用分子假设凑出了维恩分布公式,却在长波段被实验结果打得没面子;英国的瑞利用电磁理论给出了瑞利-金斯公式,却在短波段碰上了“紫外灾难”。这就让黑体辐射问题出现了两套矛盾的公式,就像两条平行铁轨,谁也不服谁。普朗克于是把这两套公式拆开来重新拼接,得到了普朗克黑体辐射公式。这一次奇迹出现了,从无线电波到伽马射线,一条曲线横扫所有波段,跟实验数据完全吻合。普朗克发现,只有假设能量不是连续的而是一份份的“能量子”,公式才能成立。他把这一份最小单元叫做“能量子”,后来改称“量子”。当时量子诞生后头四年,大家都没什么反应,害怕颠覆经典直觉。直到1905年爱因斯坦把量子概念搬到光电效应提出光子概念;1913年玻尔把量子引入原子模型;1923年康普顿证明X光也被量子化……这才让量子力学像地下水一样突然爆发出来。今天激光、晶体管、核磁共振这些现代科技都离不开那个烧水炉旁的“最小钱包”假设。其实早在1899年开尔文爵士就说过物理大厦已落成,但他也警告说天空中有两朵乌云正在酝酿风暴。其中一朵是迈克尔逊-莫雷实验催生了爱因斯坦的狭义相对论;另一朵就是黑体辐射。黑体是理想化的“黑洞+镜子”,能100%吸收不反射。农村火钳烧红了颜色从暗红到橙黄再到蓝白就是黑体辐射在现实里的表现。这次普朗克革命彻底改变了人们对能量的认识。