第二节:乌云
我最爱本节最后的一小段关于大佬们即将出场的描述。
1900年,普朗克宣布了量子的诞生,这一年,爱因斯坦刚大学毕业,波尔还在中学读书,薛定谔比波尔小两岁,波恩刚步入大学,德布罗意此时8岁,泡利出生8个月,海森堡还有一年出生,狄克拉与约尔当紧随降临人间。
一个个物理学大佬,如雷贯耳。宣誓着接下来几百年的物理学动荡来临。不过这是后话,本节内容如何呢?
乌云,作为本节小标题,来自于1900年开尔文演讲《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》,该演讲将物理学遇到的两个困难,比做了乌云。一个是光以太,后来被爱因斯坦相对论解决,另一个具体的问题,便是黑体辐射实验。
这个黑体实验高中物理时简单被提了一下,当时只以为就是一个“破烂”的纯黑球体被完全,有啥可研究的。汗啊,当初我的物理观太狭隘了,只晓得牛顿和爱因斯坦,其他都当做了垃圾。带着有色眼镜,害人不浅。
言归正传,黑体辐射问题,首先在1894年被维恩作出解决,并给了一个维恩分布公式,对解决黑体辐射问题确实有用。但他是用微粒学说来解释这个黑体现象。
上一节,才说到完美的麦克斯韦理论,完美的麦氏方程已经认定辐射就是电磁波,是波动。这不是跟权威打架了吗?
果然,后来短波实验证明维恩分布公式有用,长波实验却错的离谱。
聪明的物理学家层出不穷,又有人从麦克斯韦理论出发,推出了瑞丽—金斯公式,与维恩公式恰好相反,它完美满足长波需求,却在短波错误百出。
历史的进程缓缓前行,终于两个公式被普朗克所统一。说起普朗克,不得不提普朗克常数h,它与引力常数G、光速c并称为整个宇宙最重要的三个基本物理常数。总之,普朗克非常厉害,而我最初知道他的时候,仅仅认为他只是个普通厉害的人而已。
说回普朗克在面对黑体辐射问题时,研究思考了若干年,在面对前面两个理论时,通过一系列数学计算,竟然将两个公式合并到了一块,使长短波全部符合该公式。
在解决黑体问题后,普朗克进一步推出了著名公式:E=hv。h就是刚说的普朗克常数。
普朗克定义:能量传输不是连续的,而是一小段一小段的,以一个最小单位进行传输。这个最小单位,后来被普朗克定义为:量子。瞧,量子物理就悄无声息的诞生了。
这个最小单位的想法,比如说,能量从0升到100,按照以前的想法,它就是0-100延续的增加。现在跟你讲,能量最小单位是1,它只能0、1、2、3……100这种以1为单位一个一个增加。
这个理论在当时,简直是推倒了整个物理世界构架的思考。因为无论是牛顿力学,还是麦克斯韦理论,从没有过不连续的想法。以至于普朗克提出这个结论后,自己都难以接受,不再对它进行深入研究。
普朗克为量子物理开了头,后面的精彩故事接下来继续讲解。
注:因为该书是科普类书籍,说是读书感受,其实更多的原文精炼凝结的产物。物理与文学小说感悟确实不一样。
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