量子力學(xué)2:孤單光量子

經(jīng)典物理學(xué)解釋不了兩個(gè)現(xiàn)象:

  • 光在各個(gè)方向的速度是一致的
  • 黑體輻射的光譜

沒(méi)有理論可以解釋黑體的發(fā)光曲線,特別是在紫外的高頻率以外的區(qū)域,這個(gè)難題被成為“紫外災(zāi)難”。這是經(jīng)典物理學(xué)的終結(jié),也是量子力學(xué)的開(kāi)端。

普朗克發(fā)明了一個(gè)公式,可以解釋黑體輻射。指出黑體輻射中電子的能量不能是連續(xù)的,需要是一份一份的,才能滿(mǎn)足黑體輻射的光譜。能量 E = hf,h:普朗克常數(shù),等于 6.626x10^-34焦耳·秒;f:光的頻率。通過(guò)這個(gè)公式普朗克獲得物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。

愛(ài)因斯坦受到普朗克啟發(fā),寫(xiě)論文指出光的能量也是一份一份的。后來(lái)愛(ài)因斯坦獲得物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng),開(kāi)啟了量子力學(xué)。但愛(ài)因斯坦從來(lái)都沒(méi)有相信量子力學(xué)。

光電效應(yīng):光打在金屬板上讓電子飛走只和光的頻率有關(guān),頻率越高飛走的電子越多。

普朗克說(shuō):新的科學(xué)觀點(diǎn)被接受了,不是因?yàn)楝F(xiàn)代的科學(xué)家改變自己的觀點(diǎn),而是他們死掉了,新一代的科學(xué)家接收了新的觀點(diǎn)。

阿西莫夫有個(gè)名言:科學(xué)史上最激動(dòng)人心的話不是什么“尤里卡”——也就是“我發(fā)現(xiàn)了”——而是“這有點(diǎn)怪啊”(that's funny)。

1900 年,熱力學(xué)之父、開(kāi)爾文男爵威廉·湯姆森在一個(gè)演講中說(shuō):“在已經(jīng)基本建成的物理學(xué)大廈中,后輩物理學(xué)家們只需要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。”

黑體:不反射別的光,發(fā)出的都是自身的光,光是由于它的熱量導(dǎo)致的,也就是熱輻射。

普朗克和愛(ài)因斯坦通過(guò)解決黑體輻射和光電效應(yīng)問(wèn)題,邁出了量子力學(xué)的第一步:光是一種粒子。

注:文章內(nèi)容整理自萬(wàn)維鋼《精英日課》。

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