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來源量子論的產生：http://pei.cjjh.tc.edu.tw/chem_38_22.htm

科學與藝術：http://pei.cjjh.tc.edu.tw



普朗克(1858－1947)



普朗克1858年4月23日生於德國的基爾。就在這一年本生和基爾霍夫開始研究光譜分析法，而基爾霍夫也沒有想到這個呱呱隨地的嬰兒將來就要做他的學生和繼承他的教授席位。普朗克少年時代極喜歡音樂，以至於中學畢業後，選擇專業時，在音樂和自然科學間猶豫再三，就是到了大學裏他還在留戀音樂，並且親自領導了一個樂隊，又是學院合唱團的指揮。這時，在他通向榮譽的大路上又遇到一次小小的干擾，老師堅決反對他專攻理論物理。1924年普朗克在講演中回憶說："當我開始研究時，我可敬的老師約里對我描繪物理學是一門高度發展的，幾乎是盡善盡美的科學。現在，在能量守恒定律的發現給物理學戴上桂冠之後，這門科學看來很接近於採取最終穩定的形式。也許，在某個角落還有一枚塵屑或一個小氣泡，對它們可以去進行研究和分類。但是，作為一個完整的體系，那是建立得足夠牢固的；而理論物理學正在明顯地接近於如幾何學在數百年中所已具有的那樣完善的程度。"



幸虧中學和大學的這兩次干擾都沒有動搖普朗克最終的決心。他21歲時通過了博士論文，他關於熱力學方面的研究已開始孕育他將來的新思想。可惜他關於這方面的論文先是被基爾霍夫當作錯誤觀點放在一邊，後來他又在物理學會宣讀，但全場除一人發言外，其餘的人毫無反應，而這一人還是表示反對。關於這件事，他在自己的回憶錄裏寫道："這是對我那熱烈的想像澆了一瓢冷水，我步行回家，抑鬱寡歡，但很快就找到了安慰，因為我想：一種好的理論即使沒有巧妙的宣傳也將會得到承認的。"



普朗克環顧周圍無一知音，真是愁悶之極。柏林西郊的格呂內瓦爾德有一片30多平方公里的松林，裏面湖泊星羅棋佈，煞是安靜。普朗克便帶上十幾歲的兒子到這裏散心。兒子當然更不懂他這高深的理論，但是他還是滔滔不絕地說著自己的想法，並扯下一根松枝，狠狠地一折兩截，大聲說道："我現在發現的那個東西，要麼荒誕無稽，要麼也許是牛頓以來物理學上最偉大的發現之一。"但是，除了微風搖動樹葉掠過湖面之外，松林間再無一點聲音。那些粗大的松樹矗立著，俯視著這個奇怪的不速之客。普朗克腿一軟，頹然靠在樹根，呆呆地看看湖面上由近而遠的一層層的波紋。



普朗克引入了一個什麼新概念呢？就是說輻射的能量不是連續的，如管子裏流的水那樣，而是成一小份一小份的，像機關槍裏不斷射出的子彈。這一份一份就取名為"量子"，量子在拉丁文裏是"分立的部分"或"數量"的意思。把一個整體的連續的能量換個角度看作是無數量子的集合，問題就好解決了。這樣還不好懂，我們舉一個相似的例子，這本書中曾寫到祖沖之求圓周率的故事。圓，這個光溜溜的家伙真不好下手，但是祖沖之偏不把它看成是連續的、完整的圓，而認為是一個圓內接的無限多的正多邊形，邊越多，就越趨近於圓，而那個圓周率也越求越精，但總求不完：



π=3.1415926535897932384626...



普朗克現在把能量分成許多能量子，這些能量子相加就趨近於它的總能量。能量子又與它的頻率有關，他得出這樣一個公式：



能量子＝h×頻率。



h後來被稱作普朗克常數，是：



0.0000000000000000000000000066……這真是小到極點，它表示我們把每一塊物質看成一些跳動的粒子時，這個跳動是多麼微弱。但是不要忘了，就是這麼個小數字卻決定著原子彈那威力無比的爆炸。



但是，普朗克這個新理論實在是太革命了。物理學會雖然請他作了報告，可是還沒有一人相信這個新觀念，連普朗克本人也覺得最好能把新舊理論統一起來。他雖然勇敢地提出了新觀念，但就如兒子對一個專橫守舊的父親，忍無可忍而猛擊了反抗的一掌，而這一掌剛打過，他就立即受到一種倫理上的自責。在後來一段時間普朗克總在尋找更好的辦法把新觀念納入舊理論。就像牛頓後來用科學來證明上帝一樣，一個新理論誕生之初經常會表現得惴惴不安，未敢立即脫離它的母體。



但是，正當普朗克孤立無援而且自己也有四年時間裹足不前時，瑞士專利局的一個小職員發表了二個重大的聲明，帶著增援部隊殺上陣來。



這個人就是當時還未出名的愛因斯坦。他提出一個光電效應理論，比普胡克還要大膽。普朗克說物質是一份一份地吸收或放出能量，愛因斯坦說還不止於此，每個能量子在脫出物質之後必定以某種方式表現為像一個粒子，一個光粒子，即我們現在說的光子。實驗證明在光電效應中，當光的速度，即光的量增大時，電子的速度卻不能增大。這用麥克斯韋的經典電磁理論無法解釋。而愛因斯坦的新理論立即來拯救這又一個新的”紫外災變”了。光子像子彈，射在金屬上的子彈越多，撞出的電子數越多，但並不能增加它的速度。要想增加電子的飛出速度，就得改用重子彈，加強碰撞力－－這就是提高頻率。好了，這一下天衣無縫地證明了我們上面提到的普朗克公式，能量子＝h×頻率。這對普朗克真是在關鍵時刻最關鍵的支持。愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾獎金。當然普朗克也獲得了1920年的諾貝爾獎金。他在一次演說中謙虛地說："如果一個礦工發現了一座金礦，那是因為地下本來就有金子。我不去發現量子原理，也總有人會去發現它的。"物理學到一定階段總要推出自己的代表人物的。……。