从科学领域的角度来讲,20世纪非常伟大,而且这种伟大是前所未有的,其原因在于量子物理诞生了,量子物理浮出水面,这使得经典物理的绝对权威地位被动摇,进而引领人类来到了一个全新的天地,备受“量子物理之父”称谓的普朗克,于提出量子论后的好些年里,居然一直在试图推翻自己所提出的量子论。
曾说过这样话语的,是大名鼎鼎声名远扬的德国著名诗人席勒,话语如此表述:“我们并不清楚20世纪究竟会呈现出怎样的面貌,或者它将会取得什么样的成就,然而,在它之前的每一个时代,都全力以赴下定决心致力于造就20世纪。”。
就科学领域而言,20世纪有着前所未有的伟大,其缘由在于量子物理诞生了。

伴随量子物理的现身,经典物理那绝对权威的地位被撼动了,人类被引领至一个全然崭新的世界。
可是,所有人肯定都未曾料到,这个揭示新纪元的理论的问世,居然是这般“勉强”地到来的。
有一位被称作 “量子物理之父”之人是普朗克,当他提出量子论之后,在随后的多年时间里,居然一直在尝试去推翻自己所提出的量子论。


普朗克

在1858年4月18日这一日,一座名为基尔的德国小城之中,马克斯·普朗克降临于世。
他的家族可以称得上是那个年代德国的“贵族”。
具有纯粹的“雅利安人”血统,并且还拥有那些显得光彩照人、得体体面的社会身份,诸如牧师、法学家、大学教授等等。

青年的普朗克
家庭背景优越,使得普朗克从小就受到非常不错的教育:是人文精神方面,也是自然科学领域。
于1867年,普朗克一家便离开了基尔城,前往慕尼黑,在慕尼黑那里,普朗克开启了他的高中生活。

普朗克经典的绝美侧颜
和众多其他天才科学家存在差异,普朗克在那个时候,于科学领域并未展现出极为突出的表现。
在班级里面的排名大概也是前三之后,前十之前,并不起眼。
于不一样的才能方面,反而是在音乐那儿以及艺术这儿有所显现,他呢,钢琴演奏得很棒,手风琴演奏得也很棒。

这致使他在步入大学之前,始终不清楚该挑选何种走向,当作毕生为之拼搏的目标,究竟是音乐,是语言学,亦或是科学。
普朗克生活的那个时候,自然科学不像人文,也不像艺术,是远没有受到那般重视的。
然而,他依旧抉择了自然科学这条走着确非便捷的路径,当然,音乐也作为一项爱好,常常在他身旁陪伴着 ,他身旁陪伴着。

老年的普朗克在弹钢琴
起初他主修的是数学,但是慢慢他的兴趣便转向了物理。
然而在19世纪中后期,经典物理学的大厦已经基本竣工了。
物理学家所能够做到的,充其量也就是给这座无比辉煌耀眼的物理殿堂掸掸灰尘而已,再也肯定不会有任何称得上重大的理论被提出来了。

那时,普朗克身处的慕尼黑大学,有一位老师,曾费尽心思、语重心长地劝诫普朗克,让他不要再钻研物理了,声称在这一领域里,已然没有任何机遇留给年轻人了。
于是,普朗克呈现出很是感动的样子,然而,最终,普朗克仍旧决然地挑选了物理学。

因为普朗克本身就是个偏“冷淡”的人,根本不在乎什么名利。
他并非在意这些具有划时代意义的理论是由谁所提出来的,仅仅只是想要去弄明白“为什么”。
多年之后,他于《从相对到绝对》里写道,“绝对的东西,大多是一种理想之目标,它老是显现在我们眼前,然而永远都抵达不了,这是一种让人感到烦闷之物,唯有在追求此目标之际,才会觉着满足”。

普朗克,当他一踏入物理世界的那扇大门,便对热力学展现出极大的兴趣,抑或是沉湎在了其中。
1879年,普朗克当时年仅21岁,凭借一篇名为《论热力学第二定律》的论文,获得了慕尼黑大学的博士学位,在这篇论文里,贯穿了他对于“熵”的深刻且独特的见解。

1880年,他取得了大学任教资格,促使他获得这个资格的,是一篇有关热力学的论文。
他在后来所撰写的《热力学讲义》这本书籍,更是在长达三十多年的时间跨度内,都始终被认定为是于热力学领域具有经典特性的著作品。
在物理学界,他的地位更是节节攀升。
在世纪交替之际,他就已经是热力学方面公认的权威了。

然而我们悉知的普朗克是量子论的奠基人。
那他在热力学方面的研究又怎么跟量子论扯上关系呢?
正如前文所言,经典物理学已经算是一座竣工的大厦。
而普朗克就是这座神圣的物理殿堂最虔诚的信徒之一。
一旦这座大楼有什么风吹草动,他总是第一个站出来修缮的人。

黑体的空腔吸收示意图

那时候物理学就有一个让人陷入困惑的问题:黑体辐射。
有一种物质被称作黑体,在任何温度这个条件下,对于射进来的任何波长的电磁波,它都能够全部吸收,不存在一点反射情况,也没有丝毫透射现象。
在自然界当中,绝对黑体是不存在的,它仅仅是一个理想的物理模型,并且以此该理想模型作为热辐射研究方面的标准物体。

太阳也是一种黑体
然而,处于普朗克的那个时期,人们针对黑体辐射展开的研究起步网校,却得到了两个不一样的公式。
两个公式,其一源自德国的那位名为维恩的物理学家,另一个呢,则是从英国的物理学家瑞利以及金斯那里来的。
维恩所提出的公式,唯有在短波(也就是高频)的状况之下,并且温度处于较低水平的时候德国物理学家谁,才会和实验最终呈现的结果相契合,然而在长波的这个区域范围之内,却是全然不具备适用性的。

德国物理学家维恩
与之相反,瑞利 - 金斯公式在长波区域时,且是高温状况下,才会和实验达成吻合,然而在短波区域范围内它并不具备适用性。
这个公式于短波区,也就是紫外光区这一范围之时,显示出辐射能力伴随频率的增大呈现单调递增的态势,最终趋向于无限大,此即下图中的红线。
这跟实验数据相比,差距极大,相差到了十万八千里的程度,所以呢,这个荒谬得出的结果,就被称作是 “紫外灾难” 了。

红色的瑞利 - 金斯曲线,蓝色的维恩曲线,绿色的普朗克曲线。
一个现象,对应两个公式?
在经典力学时代,这完全是个不可思议的悖论!
自从17世纪牛顿力学建立起来之后,自然过程连续性的观念于物理学当中深深扎下根来,向来都认定能量是呈连续状态的,存在这样一种情况,形成一个因果关系,就是因为前面说的这些,才会有这样的观念和认定。
而普朗克父亲的老师 莱布尼兹 就说过, “自然界无跳跃”。
“紫外灾难”更意味着整个经典物理学的“灾难”。

英国物理学家瑞利
普朗克身为热力学方面的权威,因而他针对黑体辐射展开的研究,并非像前人那般从频率以及温度方面着手,而是打算从自身专长的熵与能量这儿作为突破点。
尽管经历了一回回实验,可是得出的结果依旧跟维恩他们所拥有的公式相同,然而这种方式并不恰当。

玻尔兹曼
出于无奈,他不得不投眼于之前不认同的玻尔兹曼的方法。
他隐约有了这样的意识,传统物理学的基础特别狭窄,有待从根本之处进行改造并加以扩充。

普朗克留意到,要是觉得原子并非连续地而是断断续续地释放以及吸收能量。
或者说,把“粒子”的性质赋予光的吸收和放射。
那么,他能够运用 “内插法”,将维恩公式里正确的那一部分,与瑞利 - 金斯公式正确的一部分,进行综合,进而让辐射公式变得完整。

1900年10月19日,德国物理学会会议上,普朗克以《维恩位移定律的改变》为题,提出了他重新构造出的新辐射公式。
这个公式于hv远小于kT之际,会转化为瑞利 - 金斯公式,而在hv远大于kT之时,会转化成维恩公式,此公式在任意情形下都和实验值不存在差异。

普朗克的黑体辐射公式
他发表了《关于正常光谱的能量分布定律》论文,在同年的12月24日,历史上也把这天认为是量子的诞生日。
文中给出了循着玻尔兹曼的思路推导出的黑体辐射公式。
著迷的也就是普朗克公式E=hv ,在这个公式里,E代表单个量子的能量,v代表频率,h是量子常数,后人把它称作普朗克常数。

1901年的普朗克
在论文里头,他表明了这样的观点:,能量于辐射的这样一个过程里边,并非呈现出连续的态势。而且呢,它是以一份份能量这样子的形式而存在着的。
这样的情况无疑致使整座经典物理的大厦开始呈现出摇摇欲坠的态势,而这同样是普朗克他自己都难以去接纳的事实。
他宣称,于这篇论文发表之前的那几个月当中,他始终是以那种孤注一掷的心境,来达成这样一个结论的。
他想或许之后可以通过另外的解释,来修缮这座经典物理圣殿。
而他也确实这样做了。
他在那篇宣告着量子论诞生的论文被散发出去之后,于很长一段时间内,持续不断地怀揣着将自身理论嵌入经典物理学框架结构当中的想法而去付诸行动。
在1901年到1906年的这六年时间里,他持续抵抗自己所提出的量子理论,结果是未曾取得任何新的成果。

普朗克在第一届索尔维会议上(在后排且处于左二位置处),那块白板之上呈现的是他所提出的辐射定律。
他始终在努力试着去更改自己的相关量子理论,意图使得其对经典物理所造成的损害降低至最小程度。
但是,他越是努力,答案越发趋向于: 大自然的运转并非连续不间断地延续,而是以一种跳跃的方式行进,它必定犹如钟表之中的秒针那般,一次一次地跳跃着前行。


他好似一位被逼迫而产生的革命家,被经典物理逼到毫无出路的境地,然而却又于心不忍把它彻底毁掉。
宛如一位无比虔诚的基督徒,寻觅到了能证实上帝并不存在的证据,这般情形下,心理层面所遭受的冲击可着实是不轻的呢。
玻恩在评价普朗克的时候写下这样的内容 ,他表示:“从天性的方面来讲 ,普朗克是那种思想保守的人 ,他根本就不晓得什么叫做革命 ,仅仅是他自身所具备的惊人的逻辑推理能力 ,使得他不得不服气于事实的面前。”。

在经过多年的混度后,普朗克才从对抗自己中彻底清醒过来。
在后续的演讲期间,他起始变得满怀自豪地宣告,声称:“量子假说将会永久性地在世间留存,绝不会遭遇消逝的结局”。
他敲开了量子论的大门,这一行为,也致使他获取了1918年的诺贝尔物理学奖。
森林,有个像是那带来火种之人的普朗克,随后呢,熊熊燃烧起了量子革命的大火。
1905年,爱因斯坦的那部名为《论动体的电动力学》的杰作发表了,进而宣布狭义相对论诞生了。
当时德国物理学家谁,这篇论文没几个能看懂它的人,然而,它却在物理界掀起了一阵巨浪。

过后,德国居然出现了规模巨大的反对相对论的组织,针对爱因斯坦展开“批判”。
那时,普朗克比爱因斯坦年长,在学界的地位也更高,是学界权威,于是,他成了相对论最早的庇护人。
爱因斯坦的论文,被不顾反对地发表,那个人是普朗克,他担任着德国《物理学年鉴》的主编。
毕竟,五十多年之前,该刊物的主编,曾拒绝发表迈尔所写的关于能量守恒定律的文章。

此外,普朗克还给予爱因斯坦其他方面的帮助。
相信很多人都知道,爱因斯坦的讲课水平是实在不敢恭维的。
但普朗克却对爱因斯坦成为教授大力支持。
甚至,在聘书中,特别进行了注明,注明的内容是,聘请爱因斯坦为柏林洪堡大学讲席教授,并且,一节课都不用上。

普朗克在德国已经可以称得上是学术最高的权威。
终其一生,他备受颂扬跟爱戴,尚未辞世,他的头像便印在了两马克金币之上,且印在了邮票之上。
然而在科学界的勤恳和奉献,并不能带他逃离“悲情”二字。

在他一生里,德国崛起的过程完整经历过了,基于德国引发的两次世界大战的悲剧也是完整经历过了。
普朗克那原本身处幸福之中的家庭,恰似那种他所持的就如同经典物理信仰那样,逐步开启土崩瓦解的态势。
1909年,普朗克的妻子因病去世。
他总共拥有四个孩子,其中长子在凡尔登战场丧失性命,大战期间,两个女儿也因难产而失去生命。

最为悲催的是次子呀,他差不多是眼睁睁瞧着自身的儿子离世,然而却毫无施展举措的能力,只能徒然无奈。
次子埃尔文在一战期间就曾被法国俘虏。
1944年时,这件事情的他,意想不到地被牵连进入了刺杀希特勒的720政变里头,之后被纳粹给关进了监狱。

那时候的普朗克,几乎用尽了自身所有的力量,然而,却终究没能将他那唯一还在世的亲人给救出来。
1945年,埃尔文被处以绞刑。
那时,普朗克已是87岁的高龄,心情不言而喻。

普朗克1905年至1944年住处的牌匾
也就在那一年,他位于柏林的家在一次空袭中被摧毁。
家中无数的藏书和毕生的研究成果也毁于一旦。
一时间,他失去家园和亲人,只留下一副病躯。

即使拖着这副满身病榻的躯体,他还是远赴英国伦敦。
参加因战乱推迟了四年的牛顿诞生300周年纪念会。
那时的他,仍在为战后要重新构建起德国科学界的地位而努力着,偏偏他是那被邀请的人当中唯一的德国人。

1947年10月4日,普朗克在哥廷根辞世,享年89岁。
而他的坟墓上只有一块长方形的石头,上面刻着他的名字。
于底部那里刻着,是属于他的普朗克常数,呈现为 “h=6.×10^(-27)erg·s” 这样的形式。
普朗克也将永远以另一种形式让人类铭记于心。