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量子理论的起源是什么?

2025-09-01 15:58
来源:澎湃新闻·澎湃号·湃客
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量子理论起源于德国物理学家马克斯·普朗克(1858~1947)在1900年发表的关于“黑体辐射”的公式。

1  “黑体辐射”是什么?

“黑体”是指完全吸收来自周围的光、极不透明的全黑物体。就像铁加热后会发出红光一样,所有的物体都会发出与其温度相对应的光(电磁波)。黑体由于其温度而发出的光就是黑体辐射。黑体只是理想的物体,实际上并不存在,但木炭和熔化的铁等是比较接近黑体的物体。

黑体辐射的颜色(波长)与物体的种类和状态(固、液、气)无关,而是取决于温度。无论是铁还是木炭,如果温度是600℃,就会发红光,如果温度是1000℃,就会发偏黄的光。

2  隐藏在公式中的“不合乎常理”概念

虽然科学家提出了一些表示黑体辐射的温度与光的颜色(波长)之间关系的公式,但这些公式与实验结果只有部分一致,还不完整。普朗克决心攻克这个问题,最后终于发现了与实验结果完全一致的公式,这就是在1900年10月发表的“普朗克公式”。

虽然发现了公式,但普朗克对其意义(解释)感到很困惑。黑体辐射是构成物体的原子变成高温,即高能状态后,将部分能量以光的形式释放出来而产生的现象※。普朗克意识到,如果不考虑作为光释放出的能量的量存在“最小单位”,普朗克公式就不成立。假设能量的最小单位的量是“10”,能量总量就只能是“250”“590”等以10为“刻度”的值(离散的值)。

※ 当时还没有证实存在原子,普朗克假设了接近原子的“振子”这一概念。

普朗克将最小单位的能量“块”命名为“量子(能量子)”。“量子假说”认为能量存在不可再分割的最小单位,这完全超出了以往物理学的常识。因此,普朗克自己当时也不认为能量真的存在最小单位,而只是将量子当作一种数学技巧,也就是让公式成立的形式化的东西。

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