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前面我们已经分享了
普朗克对量子力学的贡献,
今天我们将继续跟大家分享
——普朗克和能量量子
这一节我们来介绍普朗克在物理学上的地位。
本文节选自北大物理学教授秦克诚先生的《方寸格致》!
在普朗克发现能量子100年后的今天,对这个问题怎样看呢?赵凯华教授说得好:“原子论的精髓就在于承认物质结构的离散性。认为任何物质都是由原子组成的,就等于承认了它们的质量是某个最小单元(一个原子的质量)的整数倍。发现了电子之后,我们又认识到,任何物体所带的电荷量也是某个基本单位(e)的整数倍。现在我们把这样的思想拓展一步,认为能量、角动量这些过去在经典物理中连续取值的物理量在微观世界里也是离散取值的,有什么不可以呢?在今天的信息技术中大家都知道,将模拟量(连续取值的量)数字化(即离散化),可以大大提高信息传输过程中的抗干扰能力。没有稳定性就没有同一性,没有原子结构的同一性就没有物质世界在微观层次上高度的统一性。若在微观世界里没有离散性,要保证物质结构的高度同一性,是不可想象的。从这个角度来看,微观世界里物理量取值的离散性(在近代物理中称为量子性),就是理所当然的了。”当然,微观客体本身的离散性同微观客体的运动的离散性还是有区别的,但是把微观量取值的离散性同微观粒子的全同性和稳定性联系起来,无疑是个创见。
普朗克第二个重要“发现”是发现了爱因斯坦。1905年爱因斯坦在物理学杂志发表《论运动物体的电动力学》的论文,文章还在编辑部就引起了普朗克的注意。他及时向物理学界介绍了这个理论。他的大力介绍和推荐,是狭义相对论很快得到承认、爱因斯坦的贡献在德国得到认可的重要原因。1913年,由普朗克领衔的四位最有名望的德国学者联名上书德国教育部,建议选爱因斯坦为普鲁士科学院院士。他又发起筹建物理研究所,在1917年成立了威廉皇帝物理研究所,由爱因斯坦担任所长。
爱因斯坦1905年的光电效应理论提出了光量子的概念,使能量子的概念更“粒子化”了。普朗克的能量子只是振子能量的分立化,而光量子则是辐射场的存在形式。爱因斯坦的理论还提供了又一种测量普朗克常量的方法。美国物理学家密立根对光电效应的实验研究证实了爱因斯坦的理论,他测出的 h 的值与普朗克算出的值非常符合。印度物理学家玻色根据光子概念提出了普朗克公式的另一种推导方法。1907年,爱因斯坦又把能量子用于固体比热的解释,解释了低温下固体比热的显著下降,解决了能量均分定理引起的又一困难,并得到能斯特的实验验证。
从20世纪20年代起,普朗克成了德国科学界的中心人物。1930年普朗克当选威廉皇帝学会主席,成为德国科学界地位最高的人(图30-3)。1937年,为抗议希特勒迫害犹太科学家,他辞去了这个职务。二战中普朗克遭受到极大的苦难。战后,1949年7月,威廉皇帝学会改名为马克斯·普朗克学会,恢复活动,这时普朗克已经逝世(1947年10月)了。
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