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「歷史人物」普朗克,宣告牛頓時代終結的使者

 wenxuefeng360 2020-02-04

普朗克全名為馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維?!て绽士耍?858年4月23日—1947年10月4日),出生于德國荷爾施泰因,德國著名物理學家、量子力學的重要創(chuàng)始人之一。

「歷史人物」普朗克,宣告牛頓時代終結的使者

學生時代的普朗克(1878年)

普朗克的求學生涯

1958年4月23日普朗克生于基爾,在此度過幾年童年時光后,于1867年全家搬往慕尼黑。中學,普朗克是在慕尼黑的馬克西米利安文理中學就讀,并在那里他受到數(shù)學家奧斯卡·馮·米勒(后來成為了德意志博物館的創(chuàng)始人)的啟發(fā),引起青年時期的普朗克發(fā)現(xiàn)自己對數(shù)理方面有興趣。普朗克不僅長得帥,而且十分具有音樂天賦。他會鋼琴、管風琴和大提琴,還上過演唱課,曾在慕尼黑學生學者歌唱協(xié)會為多首歌曲和一部輕歌劇作曲。

但是在大學,普朗克選擇物理作為他的專業(yè)。慕尼黑的物理學教授菲利普·馮·約利曾勸說普朗克不要學習物理,他認為“這門科學中的一切都已經(jīng)被研究了,只有一些不重要的空白需要被填補”,這也是當時許多物理學家所堅持的觀點,但是普朗克回復道:“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸,只希望理解已經(jīng)存在的物理學基礎,或許能將其加深。”普朗克于1874年在慕尼黑開始了他的物理學學業(yè)。

1877年至1878年,普朗克轉學到柏林,在著名物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲和古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫以及數(shù)學家卡爾·魏爾施特拉斯手下學習。關于亥姆霍茲,普朗克曾這樣寫道:“他上課前從來不好好準備,講課時斷時續(xù),經(jīng)常出現(xiàn)計算錯誤,讓學生覺得他上課很無聊。”而關于基爾霍夫,普朗克寫道:“他講課仔細,但是單調(diào)乏味?!奔幢闳绱?,普朗克還是很快與亥姆霍茲建立了真摯的友誼。普朗克主要從魯?shù)婪颉た藙谛匏沟闹v義中自學,并受到這位熱力學奠基人的重要影響,熱學理論成為了普朗克的工作領域。

1878年10月,普朗克在慕尼黑完成了教師資格考試。

1879年2月遞交了他的博士論文《關于熱力學第二定律》。

1880年6月以論文《各向同性物質(zhì)在不同溫度下的平衡態(tài)》獲得大學任教資格。

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1901年的普朗克

普朗克的學術成就

1885年4月,基爾大學聘請普朗克擔任理論物理學教授,年薪約2000馬克,普朗克繼續(xù)他對熵及其應用的研究,主要解決物理化學方面的問題,為阿累尼烏斯的電解質(zhì)電離理論提供了熱力學解釋,但卻是矛盾的。在基爾這段時間,普朗克已經(jīng)開始了對原子假說的深入研究。

1897年,哥廷根大學哲學系授獎給普朗克的專著《能量守恒原理》。

1889年4月,亥姆霍茲通知普朗克前往柏林,接手基爾霍夫的工作,1892年接手教職,年薪約6200馬克。

1894年,普朗克被選為普魯士科學院的院士。

1907年維也納曾邀請普朗克前去接替路德維希·玻耳茲曼的教職,但他沒有接受,而是留在了柏林,受到了柏林大學學生會的火炬游行隊伍的感謝。

1926年10月1日普朗克退休,他的繼任者是薛定諤。

以上是普朗克的事業(yè)概況。

以下為普朗克一部分的科學成就。

1.普朗克早期的研究領域主要是熱力學。他的博士論文就是《論熱力學的第二定律》。此后,他從熱力學的觀點對物質(zhì)的聚集態(tài)的變化、氣體與溶液理論等進行了研究。

2.提出能量子概念(本文著重介紹

普朗克在物理學上最主要的成就是提出著名的普朗克輻射公式,創(chuàng)立能量子概念。

19世紀末,人們用經(jīng)典物理學解釋黑體輻射實驗的時候,出現(xiàn)了著名的所謂“紫外災難”。

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紫外災難指在經(jīng)典統(tǒng)計理論中,能量均分定律預言黑體輻射的強度在紫外區(qū)域會發(fā)散至無窮大,這和事實嚴重違背

雖然瑞利、金斯(1877—1946)和維恩(1864—1928)分別提出了兩個公式,企圖弄清黑體輻射的規(guī)律,但是和實驗相比,瑞利-金斯公式只在低頻范圍符合,而維恩公式只在高頻范圍符合。普朗克從1896年開始對熱輻射進行了系統(tǒng)的研究。他經(jīng)過幾年艱苦努力,終于導出了一個和實驗相符的公式。他于1900年10月下旬在《德國物理學會通報》上發(fā)表一篇只有三頁紙的論文,題目是《論維恩光譜方程的完善》,第一次提出了黑體輻射公式。12月14日,在德國物理學會上他說,為了從理論上得出正確的輻射公式,必須假定物質(zhì)輻射(或吸收)的能量不是連續(xù)地、而是一份一份地進行的,只能取某個最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個最小數(shù)值就叫能量子,輻射頻率是ν的能量的最小數(shù)值ε=hν。其中h,普朗克當時把它叫做基本作用量子,后來被命名為普朗克常數(shù)。在會上,普朗克公布了其推算得來的普朗克黑體公式,普朗克得到的公式在全波段范圍內(nèi)都和實驗結果符合得相當好。

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而這一天,也將注定被載入史冊,當普朗克在發(fā)表這一偉大成果的時候,就標志著量子論的誕生和新物理學革命宣告開始。

后來物理學家們在理論研究與實理學從“經(jīng)典幼蟲”變成“現(xiàn)代蝴蝶”。物理學家們在實驗中發(fā)現(xiàn):不單單能量存在著最小單位,空間、時間、長度、角動量、自旋等等物理量都是一段、一段的,它們也都存在著最小單位,量子化是量子力學的基礎。普朗克的發(fā)現(xiàn)證明了:原來世界是不連續(xù)的。

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普朗克與愛因斯坦

而到了 1905 年愛因斯坦發(fā)表《關于光的產(chǎn)生和轉化的一個試探性觀點》提出了光量子成功解釋光電效應,他在文中對普朗克先前的量子化理論進行拓寬,認為光可以看作由攜帶著量子化能量的'載流子'所組成的粒子,他將這種'載流子'稱為光子,光子的能量等于普朗克常數(shù)與其頻率的乘積,因此光的能量只取決于頻率,而無關乎光強。當光子的波長足夠小、頻率足夠高、能量足夠大時,就足以令電子克服原子核的束縛而逸出,愛因斯坦還提出了每一個光量子的能量E與輻射的頻率ν的關系是E=hν。1924年薩特延德拉·納特·玻色發(fā)展了光子的統(tǒng)計力學,從而在理論上推導了普朗克定律的表達式。朗克黑體公式順利解決了黑體輻射問題,也解決了紫外災難,不過紫外災難的徹底解決也同樣是由愛因斯坦和薩特延德拉·納特·玻色徹底解決的。

在科學史上很難找到其它發(fā)現(xiàn)能象普朗克的基本作用量子一樣在僅僅一代人的短時間里產(chǎn)生如此非凡的結果。從 1900 年到 1930 年,愛因斯坦、薛定諤、玻爾、海森堡等無數(shù)偉大的科學家在此基礎上,提出了影響整個物理研究走向的理論,

而且這個發(fā)現(xiàn)將人類的觀念,不僅是有關經(jīng)典科學的觀念, 而且是有關通常思維方式的觀念的基礎砸得粉碎, 人們意識到,物理研究新的征程已經(jīng)開啟,新的物理大廈的基石已經(jīng)夯實,正等著他們添磚加瓦。

至此牛頓時代的經(jīng)典物理學轉向現(xiàn)代物理學。

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參考信息:百度百科 普朗克詞條

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