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量子理论:普朗克的丰碑

来源:科技文摘报 作者: 2017年06月02日 10:23
[导读] 如果说量子理论是20世纪物理学的一场革命,那么第一个提出量子理论的德国物理学家普朗克,则当之无愧地成为这场革命的英雄。

                                                                            科学界的大佬们(左二为普朗克)

如果说量子理论是20世纪物理学的一场革命,那么第一个提出量子理论的德国物理学家普朗克,则当之无愧地成为这场革命的英雄。

1900年的一天,普朗克和儿子欧文在绿林中散步。他对儿子说:“今天我完成了一项重大发现,它的重要性堪与牛顿的发现相媲美。”

这一发现就是著名的量子理论,对量子论的发展有着重大影响。正由于普朗克的这一成就,能量的不连续性才进入人对自然过程的更深入认识之中,他本人也因此荣获1918年诺贝尔物理学奖。

“量子”一词来自拉丁语Quantum,意思是“多少”。当它被普朗克引入他的量子理论之后,就被赋予了如此概念:任何一种能量都不是连续的,它是以特定的量成批地被放出或被吸收的,这种特定的量被称为量子。

按照传统的物理学观点,能量的辐射是连续的。用昔日的原子理论来形容能量,就好比是从水管中喷射出持续不断的水流,而普朗克则视能量为从机关枪中射出的一连串子弹。他于1900年提出的量子理论,打破了能量的辐射是连续的这一传统经典物理学的观点。

但在当时,量子理论太具有革命性,以至于不能马上被物理学家们所接受。实际上,连普朗克本人对它也并非全信,但他利用几年的时间寻找替代的理论,都以失败告终。等到物理学家们的工作有了成就后,量子理论才被接受。

其中爱因斯坦最早承认并发展了普朗克的量子理论,如提出光的量子概念,并用量子理论解释了光电效应、辐射过程和固体的比热;丹麦物理学家玻尔则对量子论和量子力学的建立起了重要作用,并对量子力学作出了与爱因斯坦和薛定谔等人不同观点的基本解释;德国物理学家玻恩还提出量子力学统计解释,于是一场向新兴物理学的胜利进军开始了。

普朗克的量子理论因此成为物理学的一个分水岭,人们把1900年以前的物理学称为经典物理学,而把1900年以后的物理学称为近代物理学。

1918年,人们对量子理论的重要性有了充分的认识,普朗克因此荣获当年的诺贝尔物理学奖。

1921年、1922年和1954年,爱因斯坦、玻尔和玻恩也都由于使量子理论得到应用,分别荣获诺贝尔物理学奖。

现在,普朗克的量子理论成为现代物理学的第一章,也是最基本的一章。爱因斯坦这样评价普朗克的量子理论:“这一发现成为20世纪整个物理学研究的基础,从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现,那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用的理论。”

普朗克对物理学的发展有着不朽的贡献。1938年,在普朗克的80寿辰庆祝会上,人们送给他一个永久性的礼物——一颗以普朗克命名的小行星。

学科网    文/陈骥

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