量子論的奠基人 普朗克

量子論的奠基人 普朗克

1879年普朗克在慕尼黑大學得博士學位後,先後在慕尼黑大學和基爾大學任教。 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,創立能量子概念。 12月14日,在德國物理學會的例會上,普朗克作了《論正常光譜中的能量分布》的報告。

量子論的奠基人 普朗克量子論的奠基人 普朗克
一、生平簡介

普朗克,M.(Max Planck 1858~1947)近代偉大的德國物理學家,量子論的奠基人。1858年4月23日生於基爾。1867年,其父民法學教授J.W.von普朗克應慕尼黑大學的聘請任教,從而舉家遷往慕尼黑。普朗克在慕尼黑度過了少年時期,1874年入慕尼黑大學。1877~1878年間,去柏林大學聽過數學家K.外爾斯特拉斯和物理學家H.von亥姆霍茲和G.R.基爾霍夫的講課。普朗克晚年回憶這段經歷時說,這兩位物理學家的人品和治學態度對他有深刻影響,但他們的講課卻不能吸引他。在柏林期間,普朗克認真自學了R.克勞修斯的主要著作《力學的熱理論》,使他立志去尋找象熱力學定律那樣具有普遍性的規律。1879年普朗克在慕尼黑大學得博士學位後,先後在慕尼黑大學和基爾大學任教。1888年基爾霍夫逝世後,柏林大學任命他為基爾霍夫的繼任人(先任副教授,1892年後任教授)和理論物理學研究所主任。1900年,他在黑體輻射研究中引入能量量子。由於這一發現對物理學的發展作出的貢獻,他獲得1918年諾貝爾物理學獎。

自20世紀20年代以來,普朗克成了德國科學界的中心人物,與當時德國以及國外的知名物理學家都有著密切聯繫。1918年被選為英國皇家學會會員,1930~1937年他擔任威廉皇帝協會會長。在那時期,柏林、哥廷根、慕尼黑、萊比錫等大學成為世界科學的中心,是同普朗克、W.能斯脫、A.索末菲等人的努力分不開的。在納粹攫取德國政權後,以一個科學家對科學、對祖國的滿腔熱情與納粹分子展開了,為捍衛科學的尊嚴而鬥爭。1947年10月4日在哥廷根逝世。

二、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》。此後,他從熱力學的觀點對物質的聚集態的變化、氣體與溶液理論等進行了研究。

2.提出能量子概念

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,創立能量子概念。

19世紀末,人們用經典物理學解釋黑體輻射實驗的時候,出現了著名的所謂“紫外災難”。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律,但是和實驗相比,瑞利-金斯公式只在低頻範圍符合,而維恩公式只在高頻範圍符合。普朗克從1896年開始對熱輻射進行了系統的研究。他經過幾年艱苦努力,終於導出了一個和實驗相符的公式。他於1900年10月下旬在《德國物理學會通報》上發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,在德國物理學會的例會上,普朗克作了《論正常光譜中的能量分布》的報告。在這個報告中,他激動地闡述了自己最驚人的發現。他說,為了從理論上得出正確的輻射公式,必須假定物質輻射(或吸收)的能量不是連續地、而是一份一份地進行的,只能取某個最小數值的整數倍。這個最小數值就叫能量子,輻射頻率是ν的能量的最小數值ε=hν。其中h,普朗克當時把它叫做基本作用量子,現在叫做普朗克常數。普朗克常數是現代物理學中最重要的物理常數,它標誌著物理學從“經典幼蟲”變成“現代蝴蝶”。1906年普朗克在《熱輻射講義》一書中,系統地總結了他的工作,為開闢探索微觀物質運動規律新途徑提供了重要的基礎。

三、趣聞軼事

1.啟蒙老師

普朗克走上研究自然科學的道路,在很大程度上應該歸功於一個名叫繆勒的中學老師。普朗克童年時期愛好音樂,又愛好文學。後來他聽了繆勒講的一個動人故事:一個建築工匠花了很大的力氣把磚搬到屋頂上,工匠做的功並沒有消失,而是變成能量貯存下來了;一旦磚塊因為風化鬆動掉下來,砸在別人頭上或者東西上面,能量又會被釋放出來,……這個能量守恆定律的故事給普朗克留下了終生難忘的印象,不但使他的愛好轉向自然科學,而且成為他以後研究工作的基礎之一。

2.“普朗克行星”

普朗克進入科學殿堂以後,無論遇到什麼困難,都沒有動搖過他獻身於科學的決心。他的家庭相繼發生過許多不幸:1909年妻子去世,1916年兒子在第一次世界大戰中戰死,1917年和1919年兩個女兒先後都死於難產,1944年長子被希特勒處死。但是普朗克總是用奮發忘我的工作抑制自己的感情和悲痛,為科學做出了一個又一個重要的貢獻。

他一生髮表了215篇研究論文和7部著作,其中包括1959年所著的《物理學中的哲學》一書。
在普朗克誕辰80周年的慶祝會上,人們“贈給”他一個小行星,並命名為“普朗克行星”。1946年他雖然體弱,但卻非常高興地出席了皇家學會的紀念牛頓的集會。

3.墓碑號刻著他的名和h的值
普朗克為人謙虛,作風嚴謹。在1918年4月德國物理學會慶賀他60壽辰的紀念會上,普朗克致答詞說:“試想有一位礦工,他竭盡全力地進行貴重礦石的勘探,有一次他找到了天然金礦脈,而且在進一步研究中發現它是無價之寶,比先前可能構想的還要貴重無數倍。假如不是他自己碰上這個寶藏,那么無疑地,他的同事也會很快地、幸運地碰上它的。”這當然是普朗克的謙虛。洛侖茲在評論普朗克關於能量子這個大膽假設的時候所說的話,才道出了問題的本質。他說:“我們一定不要忘記,這樣靈感觀念的好運氣,只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到。”

1947年10月3日,普朗克在哥廷根病逝,終年89歲。德國政府為了紀念這位偉大的物理學家,把威廉皇家研究所改名叫普朗克研究所。

普朗克的墓在哥庭根市公墓內,其標誌是一塊簡單的矩形石碑,上面只刻著他的名字,下角寫著:爾格·秒。

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