普朗克是谁?在科学上有什么贡献?
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!