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普朗克常数
普朗克演讲的内容是关于物体热辐射的规律,即关于一定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的能量分布规律。普朗克对于这一问题的研究已有 6 个年头了,今天他将公布自己关于热辐射规律的最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现的辐射定律,这一定律与最新的实验结果精确符合(后来人们称此定律为普朗克定律)。然后,普朗克指出,为了推导出这一定律,必须假设在光波的发射和吸收过程中,物体的能量变化是不连续的,或者说,物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量,能量值只能取某个最小能量元的整数倍。为此,普朗克还引入了一个新的自然常数 h = 6.63 ×10-27 erg·s。这一假设后来被称为能量量子化假设,其中最小能量元被称为能量量子,而常数 h 被称为普朗克常数②。

于是,在一次普通的物理学会议上,在与会者们的不经意间,普朗克首次指出了热辐射过程中能量变化的非连续性。今天我们知道,普朗克所提出的能量量子化假设是一个划时代的发现,能量子的存在打破了一切自然过程都是连续的经典定论,第一次向人们揭示了自然的非连续本性。普朗克的发现使神秘的量子从此出现在人们的面前,它让物理学家们即兴奋,又烦恼,直到今天。

物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量呢,但是,怎么会这样呢?物体能量的变化怎么会是非连续的呢?根据我们熟悉的经典理论,任何过程的能量变化都是连续的,而且光从光源中也是连续地、不间断地发射出来的。

没有人愿意接受一个解释不通的假设③,尤其是严肃的科学家。因此,即使普朗克为了说明物体热辐射的规律被迫假设能量量子的存在,但他内心却无法容忍这样一个近乎荒谬的假设。他需要理解它!就象人们理解牛顿力学那样。于是,在能量量子化假设提出之后的十余年里,普朗克本人一直试图利用经典的连续概念来解释辐射能量的不连续性,但最终归于失败。1931 年,普朗克在给好友伍德(willias wood)的信中真实地回顾了他发现量子的不情愿历程,他写道,“简单地说,我可以把这整个的步骤描述成一种孤注一掷的行动,因为我在天性上是平和的、反对可疑的冒险的,然而我已经和辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年(从 1894 年开始)而没有得到任何成功的结果。我明白,这个问题在物理学中是有根本重要性的,而且我也知道了描述正常谱(即黑体辐射谱)中的能量分布的公式,因此就必须不惜任何代价来找出它的一种理论诠释,不管那代价有多高。”④

1919 年,索末菲在他的《原子构造和光谱线》一书中最早将 1900 年 12 月 14 日称为“量子理论的诞辰”,后来的科学史家们将这一天定为了量子的诞生日⑤。

[普朗克科学定律]

普朗克曾经说过一句关于科学真理的真理,它可以叙述为“一个新的科学真理取得胜利并不是通过让它的反对者们信服并看到真理的光明,而是通过这些反对者们最终死去,熟悉它的新一代成长起来。”这一断言被称为普朗克科学定律,并广为流传。   
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