普朗克·普朗克的历史贡献
普朗克,德国著名物理学家、量子力学的重要创始人之一,与爱因斯坦并称为二十世纪最重要的两大物理学家。他出生在一个受到良好教育的传统家庭,他的曾祖父和祖父都是哥廷根的神学教授,他的父亲是基尔和慕尼黑的法学教授,他的叔叔也是哥廷根的法学家和德国民法典的重要创立者之一。
虽然家庭条件优越,但是普朗克学习还是十分刻苦。1867年全家搬去了慕尼黑,普朗克在马克西米利安文理中学读书,并在那里他受到数学家奥斯卡·冯·米勒的启发,发现自己对数理方面的兴趣。从米勒那普朗克学到了生平第一个物理学原理——能量守恒。在这段期间,普朗克第一次接触了物理学这个领域。换个角度说,米勒应该是普朗克的物理启蒙老师。
1874年的普朗克
普朗克十分具有音乐天赋,但是普朗克并没有选择音乐作为他的大学专业,而是决定学习物理。然而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,但是普朗克回复他说:“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。”事实证明他确实开启了一片全新的大陆。
1878年的普朗克
1877年至1878年,普朗克转学到柏林大学,在著名物理学家亥姆霍兹和基尔霍夫以及数学家魏尔施特拉斯门下学习。普朗克晚年回忆这段经历时说,这三位教授的人品和治学态度对他有深刻影响,但他们的讲课却不能吸引他。
普朗克从大学开始就潜心物理学研究,倾世容颜的消散换来的是一项项举世瞩目的成就。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。1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作,为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。
普朗克的另一个鲜为人知伟大的贡献是推导出玻尔兹曼常数k。他沿着波尔兹曼的思路进行更深入的研究得出波尔兹曼常数后,为了向他一直尊崇的波尔兹曼教授表示尊重,建议将k命名为波尔兹曼常数。2018年11月16日,国际计量大会通过决议,1开尔文定义为“对应玻尔兹曼常数为1.×10-23J/K的热力学温度”。新的定义于2019年5月20日起正式生效。
在黑体辐射的研究中普朗克创造性地提出了能量子的概念,此前对于黑体辐射的研究维恩定律在低频区域与实验数据不相符,而瑞利-金斯定律则相反,在辐射频率趋向无穷大时,能量也会变得无穷大,从而造成“紫外灾变”。1900年10月,马克斯·普朗克将维恩定律加以改良,又将玻尔兹曼熵公式重新诠释,得出了一个与实验数据完全吻合的普朗克公式来描述黑体辐射。
普朗克最大贡献是在1900年提出了量子假说,其主要内容是:
黑体是由以不同频率作简谐振动的振子组成的,其中电磁波的吸收和发射不是连续的,而是以一种最小的能量单位ε=hν,为最基本单位而变化着的,其中v为频率,h=6.62559*10^-34Js即为普朗克常数。至此普朗克推导出现代物理学最重要的两个常数玻尔兹曼常数k和普朗克常数h,是当之无愧的最伟大的物理学家之一。
同时受他的启发,爱因斯坦于1905年提出光量子假说,成功地解释了光电效应,还认为每一个光子的能量只决定于光子的频率,而同样颜色的光,强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少。
1947年10月3日,普朗克在哥廷根病逝,终年89岁。普朗克的墓在哥庭根市公墓内,其标志是一块简单的矩形石碑,上面只刻着他的名字。他的墓志铭就是一行字:h=6.63×10^-34J·S。爱因斯坦在写给普朗克的悼词里是这样说的:一个以伟大的创造性观念造福于世界的人,不需要后人来赞扬,他的成就本身就已给了他一个更高的报答。
其实,许多科学家和普朗克一样,忍受着常人无法忍受的苦难,坚持着常人无法坚持的信念,将自己的一生投入到科学事业中,影响世界,改变人类。虽然倾世的容颜已不复存在,但他们永远是我们心目中最具颜值的人。
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