一个异常大胆的假设提出的学说
黑体的腔壁由许多能量不连续的带电谐振子组成,带电能量是最小能量单位的量子的整数倍。带电的谐振子通过吸收和辐射电磁波与空腔中的辐射场交换能量。这些谐振子的能量不会连续变化,而是以固定值的整数倍跳跃。这就是著名的“量子假说”。
19世纪90年代,德国物理学家维恩根据热力学定律和其他理论,提出了黑体辐射能量的频率分布公式。后来,人们称之为“维恩辐射定律”。根据公式计算的数据往往与高频部分(即短波)的实验结果一致,但与低频部分的实验结果相差甚远。
接着,英国物理学家瑞利从统计力学和经典电磁学出发,给出了一个新的公式,即“瑞利公式”。这个公式与韦恩的公式相反。低频时的计算结果与实验数据吻合较好,高频时的实验值相差很大。也就是说,它与长波部分的观察结果是一致的,与短波部分的实验结果有很大的不同。
柏林大学的理论物理学家普朗克说,为了寻求黑体辐射的维恩公式和瑞利公式之间的和谐:
"广义公式的定律必须从理论上推导出来."
因此,受这两个公式的启发,他通过数学插值修正了上述两个公式中的误差,并很快整合了代表短波方向的韦恩公式和代表长波方向的瑞利公式,使它们在高频部分和低频部分都符合实验值。普朗克公式被称为“普朗克公式”,也被称为“普朗克辐射定律”。
虽然它与实验结果符合得很好,但经验丰富,理论性不够。
出于这个原因,普朗克连续工作了两三个月,他提出了一个极其大胆的假设:黑体的腔壁由大量能量不连续的带电谐振子组成,它携带的电量是最小能量单位的量子的整数倍。带电的谐振子通过吸收和辐射电磁波与空腔中的辐射场交换能量。这些谐振子的能量不会连续变化,而是以固定值的整数倍跳跃。这就是著名的“量子假说”。
后来,普朗克将这一假设组织成“正常光谱能量分布定律理论”,并在德国物理学会上报告了他的结果。
有趣的是,普朗克自己有时也忍不住怀疑他的理论。然而,他的量子假说首次将能量不连续的概念引入物理学,为后来量子理论的建立和发展奠定了坚实的基础。同时,为了解释公式提出的量子假说,他开辟了物理学研究的新领域。
[知识博士]
普朗克的量子假说不是偶然的。从他使用的术语和主导思想可以看出,这一假设显然受到了奥地利物理学家玻尔兹曼的影响。1877年,玻尔兹曼提出了将连续可变能量分成无数带电谐振子的想法。可以看出,普朗克善于向他人学习以充实自己,从而完成了一项重要的发现。
[名人简介]
现代德国伟大的物理学家普朗克是量子理论的创始人。普朗克于1858年4月23日出生在德国沿海城市基尔。1867年,他的父亲,民法教授J.W .冯.普朗克,被慕尼黑大学聘请去教书,他的家人搬到了慕尼黑。在柏林逗留期间,普朗克仔细自学了克劳修斯的主要著作《热力学理论》,这使他渴望找到像热力学定律一样普遍的定律。1879年,普朗克从慕尼黑大学获得了物理学博士学位,并分别在慕尼黑大学和基尔大学任教。普朗克在物理学上最重要的成就是提出了著名的普朗克辐射公式和创造了量子的概念。
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