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他死磕6年终让经典物理学崩塌,却掉了颜值,丢了信仰,绝了子嗣…

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2017-04-29 11:24

正文

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他并不在乎这些划时代的理论是谁提出的,只是想知道“为什么”。


多年后他在《从相对到绝对》中就写道“绝对的东西多半是一种理想的目标,它总是显现在我们的面前,但是永远也达不到,这是一种令人感到烦闷的东西,只有在追求这个目标的时候才会觉得满足”


一踏入物理世界的大门,普朗克就对热力学表现出极大的兴趣,或者说沉湎其中。


1879年,年仅21岁的普朗克就凭论文《论热力学第二定律》获得了慕尼黑大学的博士学位, 论文中贯穿了他对“熵”深刻和独特的见解。


1880年,他取得大学任教资格,而使他获得该资格的也是一篇关于热力学的论文。

他后来写的《热力学讲义》一书更是在三十多年内都被认为是热力学经典著作。

在物理学界,他的地位更是节节攀升。

在世纪交替之际,他就已经是热力学方面公认的权威了。


然而我们悉知的普朗克是量子论的奠基人。

那他在热力学方面的研究又怎么跟量子论扯上关系呢?

...


正如前文所言,经典物理学已经算是一座竣工的大厦。

而普朗克就是这座神圣的物理殿堂最虔诚的信徒之一。

一旦这座大楼有什么风吹草动,他总是第一个站出来修缮的人。

黑体的空腔吸收示意图


那时候物理学就有一个让人陷入困惑的问题: 黑体辐射。


所谓黑体,是指这样一种物质,在任何温度下,它都能将入射的任何波长的电磁波全部吸收,没有一点反射和透射。


绝对黑体在自然界中是不存在的,只是一个理想的物理模型,以此作为热辐射研究的标准物体。

太阳也是一种黑体


然而,在普朗克的那个时代,人们对黑体辐射的研究却得出了两个不同的公式。

这两个公式分别来自德国的物理学家 维恩 和英国的物理学家 瑞利和金斯。

维恩的公式只有在短波(高频)、温度较低时才与实验结果相符,但在长波区域完全不适用。

德国物理学家维恩


相反,瑞利-金斯公式却只在长波、高温时才与实验相吻合,在短波区并不适用。


这个公式在短波区(即紫外光区)时显示辐射能力随着频率的增大而单调递增,最后趋于无限大(下图红线)。

这和实验数据更是差了十万八千里,所以这个荒谬的结论也被称为 “紫外灾难”。

瑞利-金斯曲线(红色),维恩曲线(蓝色),普朗克曲线(绿色)







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