没有人愿意接受一个解释不通的假设,尤其是严肃的 科学家。因此,即使普朗克为了说明物体热辐射的规律被迫 假设能量量子的存在,但他内心却无法容忍这样一个近乎荒 谬的假设。他需要理解它!就象人们理解牛顿力学那样。于 是,在能量量子化假设提出之后的十余年里,普朗克本人 直试图利用经典的连续概念来解释辐射能量的不连续性,但 最终归于失败。1931年,普朗克在给好友伍德(Was图13能量子 Wood)的信中真实地回顾了他发现量子的不情愿历程,他 写道,“简单地说,我可以把这整个的步骤描述成一种孤注字宙中的任何振动所具有的能量 掷的行动,因为我在天性上是平和的反对可疑的冒险的,都是最小能量元hv的整数倍,h 然而我已经和辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年(从是普朗克常数,v是振动的频率 1894年开始)而没有得到任何成功的结果。我明白,这个 问题在物理学中是有根本重要性的,而且我也知道了描述正常谱(即黑体辐射谱)中的 能量分布的公式,因此就必须不惜任何代价来找出它的一种理论诠释,不管那代价有多 高 1919年,索末菲在他的《原子构造和光谱线》一书中最早将1900年12月14日 称为“量子理论的诞辰”,后来的科学史家们将这一天定为了量子的诞生日 [普朗克科学定律] 普朗克曾经说过一句关于科学真理的真理,它可以叙述为“一个新的科学真理取得胜利 并不是通过让它的反对者们信服并看到真理的光明,而是通过这些反对者们最终死去,熟悉 它的新一代成长起来。”这一断言被称为普朗克科学定律,并广为流传 对于普朗克的能量量子化假设,好奇的读者肯定会追问:为什么在光波的发射过程 中,物体的能量变化是不连续的,并且能量值只能取某个最小能量元的整数倍呢?是的, 爱因斯坦也同样困惑,他于1905年给出了一个试探性的答案:因为光波本身就是由 个个的能量子组成的。然而,8年后丹麦青年玻尔却给出了另一个答案,他认为这是由 于物体中束缚在原子周围的电子只能处于分立的能量态,而当电子在这些能量态之间跃 迁时,它所发射的光也就自然地具有分立的能量。你的意见呢? 注①:人类是从物体所发出的光辐射中最早发现量子的。如果宇宙中还存在其它智能生物,他们很可 能是从更简单的现象中,甚至直接通过逻辑分析而发现量子。相比之下,地球人的方法或许有些笨拙和复 杂,但这也使量子的发现历史变得更加波澜壮阔,也更加具有戏剧性。 注②:由于h具有作用量的量纲,它也被称为作用量子 注③:请注意,实验结果无法完全判定假设本身的正确性。也许逻辑才是人类最终可以信赖的东西 如果一个假设具有逻辑合理性,那么人们便更乐于接受,否则清醒的人总会惴惴不安,新的经验可能很快 便使原来的假设无效。如果假设的确具有逻辑合理性,而只是人们还没有发现它的逻辑基础,那当属科学 的幸运 注④:普朗克致伍德,1931年10月7日 15-415-4 没有人愿意接受一个解释不通的假设③，尤其是严肃的 科学家。因此，即使普朗克为了说明物体热辐射的规律被迫 假设能量量子的存在，但他内心却无法容忍这样一个近乎荒 谬的假设。他需要理解它！就象人们理解牛顿力学那样。于 是，在能量量子化假设提出之后的十余年里，普朗克本人一 直试图利用经典的连续概念来解释辐射能量的不连续性，但 最终归于失败。1931 年，普朗克在给好友伍德（Willias Wood）的信中真实地回顾了他发现量子的不情愿历程，他 写道，“简单地说，我可以把这整个的步骤描述成一种孤注 一掷的行动，因为我在天性上是平和的、反对可疑的冒险的， 然而我已经和辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年（从 1894 年开始）而没有得到任何成功的结果。我明白，这个 问题在物理学中是有根本重要性的，而且我也知道了描述正常谱（即黑体辐射谱）中的 能量分布的公式，因此就必须不惜任何代价来找出它的一种理论诠释，不管那代价有多 高。”④ 1919 年，索末菲在他的《原子构造和光谱线》一书中最早将 1900 年 12 月 14 日 称为“量子理论的诞辰”，后来的科学史家们将这一天定为了量子的诞生日⑤。 [普朗克科学定律] 普朗克曾经说过一句关于科学真理的真理，它可以叙述为“一个新的科学真理取得胜利 并不是通过让它的反对者们信服并看到真理的光明，而是通过这些反对者们最终死去，熟悉 它的新一代成长起来。”这一断言被称为普朗克科学定律，并广为流传。 对于普朗克的能量量子化假设，好奇的读者肯定会追问：为什么在光波的发射过程 中，物体的能量变化是不连续的，并且能量值只能取某个最小能量元的整数倍呢？是的， 爱因斯坦也同样困惑，他于 1905 年给出了一个试探性的答案：因为光波本身就是由一 个个的能量子组成的。然而，8 年后丹麦青年玻尔却给出了另一个答案，他认为这是由 于物体中束缚在原子周围的电子只能处于分立的能量态，而当电子在这些能量态之间跃 迁时，它所发射的光也就自然地具有分立的能量。你的意见呢？ 注①：人类是从物体所发出的光辐射中最早发现量子的。如果宇宙中还存在其它智能生物，他们很可 能是从更简单的现象中，甚至直接通过逻辑分析而发现量子。相比之下，地球人的方法或许有些笨拙和复 杂，但这也使量子的发现历史变得更加波澜壮阔，也更加具有戏剧性。 注②：由于 h 具有作用量的量纲，它也被称为作用量子。 注③：请注意，实验结果无法完全判定假设本身的正确性。也许逻辑才是人类最终可以信赖的东西， 如果一个假设具有逻辑合理性，那么人们便更乐于接受，否则清醒的人总会惴惴不安，新的经验可能很快 便使原来的假设无效。如果假设的确具有逻辑合理性，而只是人们还没有发现它的逻辑基础，那当属科学 的幸运。 注④：普朗克致伍德，1931 年 10 月 7 日。 图 1-3 能量量子 宇宙中的任何振动所具有的能量 都是最小能量元 hν 的整数倍，h 是普朗克常数，ν 是振动的频率