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「历史人物」普朗克,宣告牛顿时代终结的使者

普朗克全名为马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克(1858年4月23日—1947年10月4日),出生于德国荷尔施泰因,德国著名物理学家、量子力学的重要创始人之一。

学生时代的普朗克(1878年)

普朗克的求学生涯

1958年4月23日普朗克生于基尔,在此度过几年童年时光后,于1867年全家搬往慕尼黑。中学,普朗克是在慕尼黑的马克西米利安文理中学就读,并在那里他受到数学家奥斯卡·冯·米勒(后来成为了德意志博物馆的创始人)的启发,引起青年时期的普朗克发现自己对数理方面有兴趣。普朗克不仅长得帅,而且十分具有音乐天赋。他会钢琴、管风琴和大提琴,还上过演唱课,曾在慕尼黑学生学者歌唱协会为多首歌曲和一部轻歌剧作曲。

但是在大学,普朗克选择物理作为他的专业。慕尼黑的物理学教授菲利普·冯·约利曾劝说普朗克不要学习物理,他认为“这门科学中的一切都已经被研究了,只有一些不重要的空白需要被填补”,这也是当时许多物理学家所坚持的观点,但是普朗克回复道:“我并不期望发现新大陆,只希望理解已经存在的物理学基础,或许能将其加深。”普朗克于1874年在慕尼黑开始了他的物理学学业。

1877年至1878年,普朗克转学到柏林,在著名物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹和古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫以及数学家卡尔·魏尔施特拉斯手下学习。关于亥姆霍兹,普朗克曾这样写道:“他上课前从来不好好准备,讲课时断时续,经常出现计算错误,让学生觉得他上课很无聊。”而关于基尔霍夫,普朗克写道:“他讲课仔细,但是单调乏味。”即便如此,普朗克还是很快与亥姆霍兹建立了真挚的友谊。普朗克主要从鲁道夫·克劳修斯的讲义中自学,并受到这位热力学奠基人的重要影响,热学理论成为了普朗克的工作领域。

1878年10月,普朗克在慕尼黑完成了教师资格考试。

1879年2月递交了他的博士论文《关于热力学第二定律》。

1880年6月以论文《各向同性物质在不同温度下的平衡态》获得大学任教资格。

1901年的普朗克

普朗克的学术成就

1885年4月,基尔大学聘请普朗克担任理论物理学教授,年薪约2000马克,普朗克继续他对熵及其应用的研究,主要解决物理化学方面的问题,为阿累尼乌斯的电解质电离理论提供了热力学解释,但却是矛盾的。在基尔这段时间,普朗克已经开始了对原子假说的深入研究。

1897年,哥廷根大学哲学系授奖给普朗克的专著《能量守恒原理》。

1889年4月,亥姆霍兹通知普朗克前往柏林,接手基尔霍夫的工作,1892年接手教职,年薪约6200马克。

1894年,普朗克被选为普鲁士科学院的院士。

1907年维也纳曾邀请普朗克前去接替路德维希·玻耳兹曼的教职,但他没有接受,而是留在了柏林,受到了柏林大学学生会的火炬游行队伍的感谢。

1926年10月1日普朗克退休,他的继任者是薛定谔。

以上是普朗克的事业概况。

以下为普朗克一部分的科学成就。

1.普朗克早期的研究领域主要是热力学。他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。此后,他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究。

2.提出能量子概念(本文着重介绍

普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式,创立能量子概念。

19世纪末,人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候,出现了著名的所谓“紫外灾难”。

紫外灾难指在经典统计理论中,能量均分定律预言黑体辐射的强度在紫外区域会发散至无穷大,这和事实严重违背

虽然瑞利、金斯(1877—1946)和维恩(1864—1928)分别提出了两个公式,企图弄清黑体辐射的规律,但是和实验相比,瑞利-金斯公式只在低频范围符合,而维恩公式只在高频范围符合。普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力,终于导出了一个和实验相符的公式。他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文,题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式。12月14日,在德国物理学会上他说,为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,后来被命名为普朗克常数。在会上,普朗克公布了其推算得来的普朗克黑体公式,普朗克得到的公式在全波段范围内都和实验结果符合得相当好。

而这一天,也将注定被载入史册,当普朗克在发表这一伟大成果的时候,就标志着量子论的诞生和新物理学革命宣告开始。

后来物理学家们在理论研究与实理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。物理学家们在实验中发现:不单单能量存在着最小单位,空间、时间、长度、角动量、自旋等等物理量都是一段、一段的,它们也都存在着最小单位,量子化是量子力学的基础。普朗克的发现证明了:原来世界是不连续的。

普朗克与爱因斯坦

而到了 1905 年爱因斯坦发表《关于光的产生和转化的一个试探性观点》提出了光量子成功解释光电效应,他在文中对普朗克先前的量子化理论进行拓宽,认为光可以看作由携带着量子化能量的'载流子'所组成的粒子,他将这种'载流子'称为光子,光子的能量等于普朗克常数与其频率的乘积,因此光的能量只取决于频率,而无关乎光强。当光子的波长足够小、频率足够高、能量足够大时,就足以令电子克服原子核的束缚而逸出,爱因斯坦还提出了每一个光量子的能量E与辐射的频率ν的关系是E=hν。1924年萨特延德拉·纳特·玻色发展了光子的统计力学,从而在理论上推导了普朗克定律的表达式。朗克黑体公式顺利解决了黑体辐射问题,也解决了紫外灾难,不过紫外灾难的彻底解决也同样是由爱因斯坦和萨特延德拉·纳特·玻色彻底解决的。

在科学史上很难找到其它发现能象普朗克的基本作用量子一样在仅仅一代人的短时间里产生如此非凡的结果。从 1900 年到 1930 年,爱因斯坦、薛定谔、玻尔、海森堡等无数伟大的科学家在此基础上,提出了影响整个物理研究走向的理论,

而且这个发现将人类的观念,不仅是有关经典科学的观念, 而且是有关通常思维方式的观念的基础砸得粉碎, 人们意识到,物理研究新的征程已经开启,新的物理大厦的基石已经夯实,正等着他们添砖加瓦。

至此牛顿时代的经典物理学转向现代物理学。

参考信息:百度百科 普朗克词条

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