11月3日 量子力学的创始人、诺贝尔奖获得者马克斯·普朗克逝世(组图)

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2013-11-03 08:00:00

马克斯·普朗克(1858年4月23日-1947年10月3日),德国物理学家,量子力学的创始人,二十世纪最重要的物理学家之一,因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献,并在1918年获得诺贝尔物理学奖。量子力学的发展被认为是20世纪最重要的科学发展,其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美。 马克斯·普朗克的物理探索

  马克斯·普朗克1874年至1877年,在慕尼黑大学学习物理学和数学。1879年转到柏林大学学习。1879年通过了博士论文,在论文中论述了热力学第二定律。

  1880年在慕尼黑大学担任物理讲师,1885年被基尔大学聘为理论物理特约教授。1900年, 普朗克提出了一个重要的物理学常数--普朗克常数,以调和经典物理学理论研究热辐射规律时遇到的矛盾。基于普朗克常数的假设,他推导出黑体辐射的普朗克公式,圆满地解释了实验现象。这个成就揭开量子力学的序幕,普朗克也此获得1918年诺贝尔物理学奖。

  尽管在后来的时间里,普朗克一直试图将自己的理论纳入经典物理学的框架之下,但他仍被视为近代物理学的开拓者之一。 1926年,普朗克成为英国皇家学会会员,同时还担任了柏林威廉皇家研究所所长。1947年10月逝世,终年89岁。1900年德国科学家马克斯·普朗克提出了一个大胆的假说,在科学界一鸣惊人。

  这一假说认为辐射能(即光波能)不是一种连续不断的流的形式,而是由小微粒组成的。他把这种小微粒叫做量子。普朗克的假说与经典的光学说和电磁学说相对立,使物理学发生了一场革命,使人们对物质性和放射性有了更为深刻的了解。和其他几位科学家一样,普朗克对黑体辐射问题也很感兴趣,黑体辐射是描述给绝对黑体加热来做电磁辐射的术语(绝对黑体是不反射任何光而完全吸收所遇见光的物体)。

  实验物理学家们甚至在普朗克着手研究这个问题之前就对这样的物体辐射做过认真的测量。普朗克取得的第一项成就是提出了一个用来正确描绘黑体辐射的相当复杂的代数公式。这个代数式完美地概述了实验数据,在今天理论物理学上仍常常使用。但是却有一个问题:公认的物理学定律预示存在着一个完全不同的公式。

  普朗克对这个问题沉思默想,终于提出了一个崭新的学说:辐射能只能以普朗克称为量子这个基本单位的整倍数形式辐射出来。根据普朗克学说,一个光量子的大小取决于光的频率(即颜色)且与一个物理量成正比。普朗克把这个物理量缩写为h,现在被称为普朗克常数。普朗克假说与当时流行的物理概念完全对立,但是他却利用这一假说在理论上准确地推导了正确的黑体辐射公式。普朗克假说具有彻底的革命性。因此若不是他以顽固保守的物理学家而著称,他的假说无疑会被当作一种荒诞的思想而弃之一边。

  虽然这一假说听起来很离奇,但是在这种特殊情况下却推导出了正确的公式。当初大多数物理学家(包括普朗克本人在内)都认为这一假说不过是适应面很窄的一个数学假设。但是几年以后表明普朗克的概念还能应用于除黑体辐射以外的许多各种不同的物理现象。

  1905年爱因斯坦用这一概念解释光电效应,1913年尼尔斯·玻尔在他的原子结构学说中也使用了这一概念。1918年普朗克获得诺贝尔奖。他的学说基本正确而且在物理学理论方面具有根本重要的意义。量子力学的发展可能是二十世纪中最重要的科学发展,甚至比爱因斯坦的相对论还要重要。

  普朗克常数h在物理理论中有着重要的作用,现在被认为是两三个最基本的物理常数之一。它出现在原子结构学说、海森堡测不准原理、辐射学说和许多科学公式中。普朗克最初计算出来的常数数值比今天使用的相差百分之二。一般认为普朗克是量子力学之父。虽然他对此理论后来的发展没有起什么作用,但是若把他的名次排得太后是不公正的。他所做的起始突破非常重要,使人们在思想上摆脱了先前的错误概念。因此他的继承人才能创立出今天这样完美的学说。

  马克斯·普朗克的学术贡献

  热力学

  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。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”。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。

  推波尔兹曼常数

  普朗克的另一个鲜为人知伟大的贡献是推导出波尔兹曼常数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。普朗克的一生推导出现代物理学最重要的两个常数k和h,是当之无愧的伟大物理学家。

  普朗克常量

  普朗克演讲的内容是关于物体热辐射的规律,即关于一定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的能量分布规律。普朗克对于这一问题的研究已有6个年头了,今天他将公布自己关于热辐射规律的最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现的辐射定律,这一定律与最新的实验结果精确符合(后来人们称此定律为普朗克定律)。

  能量量子化

  在宏观领域中,一切物理量的变化都可看作连续的。例如,一个物体所带的电荷是e的极大倍数。所以一个一个电子的跳跃式增减可视为是连续的变化。但在微观领域中的离子,所带电荷只有一个或几个e,那么,一个一个电子的变化就不能看作是连续的了。普朗克在1900年提出了“量子化”的概念。像这样以某种最小单位作跳跃式增减的,就成这个物理量是量子化的。

  量子假说

  普朗克最大贡献是在1900年提出了能量量子化,其主要内容: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=h,为最基本单位而变化着的,理论计算结果才能跟实验事实相符,这样的一份能量,叫作能量子。