|
在20世纪,物理学发生了两场大革命。对象都是以牛顿为代表的经典物理学。两场大革命都取得了辉煌的胜利。各自在不同的领域建立了新的统治。一场大革命就是众所周知的爱因斯坦的相对论;另一场同样伟大、同样重要的大革命是建立了量子力学,后一场大革命不像相对论那样只有爱因斯坦在孤军奋战,而是一批勇士前赴后继,不断地向经典物理发致力戟。首先树起革命大旗的就是“量子”概念的提出者——德国物理学家普朗克。 19世纪末,物理学界热衷于研究黑体辐射。 物体在温度升高时会向周围放射热量,这叫做热辐射。它也是一种电磁辐射,只不过和一般电磁波的波长不同罢了。在同样的温度下,不同物体发光的亮度和颜色(波长)不同。颜色深的物体吸收辐射的本领较强,比如煤炭对电磁波的吸收率可以达到90%左右。物理学上把对外来的辐射没有任何反射或透射、吸收率是100%的物体称做“黑体”。例如开小孔的空腔可以谯是一个黑体,因为通过小孔进入空腔的辐射,在腔里经过多次反射和吸收以后,不会再从小孔透出。实验研究表明,黑体不但吸收率最高,而且在相同温度下也是辐射率最高的物体,是辐射能量只和温度有关的物体。 然而,在研究过程中,对于光的电磁理论和对光和物质相互作用的某些现象的解释遇到了困难,例如“黑体辐射的能量按波长分布”的理论在温度较高时与实验结果大相径庭。 面对此种情况,普朗克经过数年的研究,于1900年根据当时的黑体辐射的精确实验资料,找到了能够完满表示黑体辐射的新的数学公式。 在关于黑体辐射的新公式中,普朗克抛弃了能量连续的传统概念,他在实验数据面前,提出能量是不连续的新概念。普朗克公式表明,物体辐射的时候发射或者吸收的能量是一份一份的。这一份一份的能量,普朗克称做“能量子”,简称“量子”。他进一步提出能量子是和频率成正比的,能量子等于频率乘上一个常数,这个常数后来叫做普朗克常数。 能量不连续的“量子”概念的提出,使他们对光的本性的认识又上升一了一个新的层次,而“量子假说”被看作现代物理学的起点。
|