无标题

作者: Alex Yuan

来源: SME

发布日期: 2017-04-29 11:24:47

马克斯·普朗克是量子物理的奠基人,他在热力学方面的研究最终导向了量子论的提出。普朗克的一生经历了德国的崛起和两次世界大战,家庭和个人生活都遭受了巨大的悲剧。尽管如此,他的科学贡献和普朗克常数将永远被人类铭记。

德国著名诗人席勒曾说:“我们不知道20世纪会怎样或者它会有什么成就,但它之前的每个时代都致力于造就20世纪。”在科学领域来说,20世纪之所以前所未有的伟大,是因为量子物理的诞生。量子物理的出现撼动了经典物理的绝对权威地位,把人类带到了一个全新的世界。被誉为“量子物理之父”的普朗克在提出量子论之后的多年,竟然都在尝试推翻自己的量子论。

1858年4月18日,马克斯·普朗克诞生于德国的一座小城基尔。

他的家族可以称得上是那个年代德国的“贵族”。优越的家庭背景使普朗克从小就受到很好的教育,无论是人文精神还是自然科学。在1867年,普朗克一家就搬离基尔城迁往慕尼黑,在那里普朗克开始了他的高中生活。和其他很多天才科学家不一样,普朗克那时候并没有在科学方面表现得出类拔萃。这导致了他在进大学前都不知道选择什么方向作为一生的奋斗目标,是音乐、语言学还是科学。

在普朗克生活的那个年代,自然科学是远不像人文和艺术那样受到重视的。

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。当时普朗克所在的慕尼黑大学的一位老师就曾苦口婆心地劝诫普朗克:不要再研究物理了,这一行里已经没有任何机会留给年轻人了。于是普朗克表示十分感动,然后拒绝了他,最后毅然地选择了物理学。因为普朗克本身就是个偏“冷淡”的人,根本不在乎什么名利。他并不在乎这些划时代的理论是谁提出的,只是想知道“为什么”。

一踏入物理世界的大门,普朗克就对热力学表现出极大的兴趣,或者说沉湎其中。1879年,年仅21岁的普朗克就凭论文《论热力学第二定律》获得了慕尼黑大学的博士学位,论文中贯穿了他对“熵”深刻和独特的见解。1880年,他取得大学任教资格,而使他获得该资格的也是一篇关于热力学的论文。他后来写的《热力学讲义》一书更是在三十多年内都被认为是热力学经典著作。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。那时候物理学就有一个让人陷入困惑的问题:黑体辐射。

1900年10月19日,普朗克在德国物理学会会议上,以《维恩位移定律的改变》为题,提出了他重新构造出来的新辐射公式。这个公式在任何情况下都与实验值无差异。在同年的12月24日,他发表了《关于正常光谱的能量分布定律》论文。文中给出了循着玻尔兹曼的思路推导出的黑体辐射公式。也就是著名的普朗克公式E=hv。论文中,他指出:“能量在辐射过程中不是连续的,而是以一份份能量的形式存在的”。

这无疑使整座经典物理大厦开始摇摇欲坠,这也是普朗克自己都难以接受的事实。

普朗克的一生中,完整地经历了德国的崛起和德国引起的两次世界大战的悲剧。普朗克原本幸福的家庭,就像他的经典物理信仰一样开始土崩瓦解。1909年,普朗克的妻子因病去世。他一共有四个孩子,长子于凡尔登战场战死,两个女儿在第一次世界大战期间也死于难产。而最大的不幸还是次子,他几乎是亲眼看着自己的儿子死去而又无能为力。

次子埃尔文在一战期间就曾被法国俘虏。在1944年,他竟被卷入到刺杀希特勒的720政变中,被纳粹投入监狱。1945年,埃尔文被处以绞刑。

1947年10月4日,普朗克在哥廷根逝世,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。底部刻着属于他的普朗克常数——“h=6.626196×10^(-27)erg·s”。普朗克也将永远以另一种形式让人类铭记于心。

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