
一、戰(zhàn)爭,煉鋼,輻射
(1)戰(zhàn)爭問題
這件事就要從1870年普法戰(zhàn)爭說起了,法國戰(zhàn)敗后給了德國一大筆戰(zhàn)爭賠款,而且把阿爾薩斯和洛林兩個州割讓給德國,這兩個州割讓給德國的事情至關(guān)重要,因為這兩個省靠著德國的魯爾工業(yè)區(qū),魯爾區(qū)鏟煤,沒有鐵,而法國這兩個州有鐵,沒有煤。
(2)煉鋼問題
這下好了,現(xiàn)在都?xì)w德國了,而且德國還得到了一筆戰(zhàn)爭賠款,德國的統(tǒng)治集團(tuán)還是希望把他們國家富強(qiáng)起來的,他們就用這筆錢來發(fā)展鋼鐵工業(yè),力圖把德國從一個以生產(chǎn)土豆為主的國家變成一個以生產(chǎn)鋼鐵為主的國家,這其實就是我們現(xiàn)在也在經(jīng)歷這樣一個階段,從一個農(nóng)業(yè)國走向一個工業(yè)國,這其實是一個偉大的進(jìn)步。
(3)輻射問題
但煉鋼要控制爐溫,爐溫怎么控制呢?就在爐上面開一個小孔,看它射出來的這個熱輻射,根據(jù)熱輻射在不同的波長的能量密度的分布,可以到一些實驗點(diǎn),這些點(diǎn)連起來可以得到一個實驗曲線,根據(jù)這個實驗曲線的高矮形狀,就可以判定爐溫。
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二、但為什么會有這樣一個黑體輻射?
當(dāng)時物理學(xué)家們搞不清楚,那個時候原子論還沒有被大家所普遍接受,但是有一部分人已經(jīng)認(rèn)可了原子論,還有一部分并沒有認(rèn)可。
用我們今天的語言來說,當(dāng)時在解釋的時候就是說,發(fā)射黑體輻射的時候是個原子,每一個原子像一個諧振子一樣,就算當(dāng)時不承認(rèn)原子論的人,也可以從別的角度來說就是這個輻射源,都像一個一個的諧振子,它吸收輻射,震動就加劇,它放出輻射,這個震動就緩慢。
三、為什么黑體輻射會有這樣的一根曲線?
瑞麗金絲
根據(jù)這樣的一種物理構(gòu)想,當(dāng)時的英國也在工業(yè)革命,發(fā)展鋼鐵工業(yè),在英國的瑞利金絲得到了一根曲線,這根曲線在長波段符合得很好,短波段是無窮大,這就是著名的紫外災(zāi)難。
維恩
德國的維恩也得到的一個曲線,但是在短波波段符合的不錯,長波段曲線就偏離了。
開爾文?
這就是1900年開爾文談到的黑體輻射的困難,不過開爾文的原話實際上不是談黑體輻射,而是談的固體比熱,但固體比熱一般不大直觀,黑體輻射你可以簡單的告訴人家是怎么回事,但他們是說的是同一個困難。
普朗克
當(dāng)時德國的理論物理學(xué)家普朗克,也是研究這個,始終得不到一個很好的結(jié)果,有一次偶然就發(fā)現(xiàn),假如認(rèn)為諧振子放出輻射和吸收輻射是一份一份的,不是連續(xù)的,那么就可以得到一根曲線,這根曲線跟試驗點(diǎn)很好的相符。
四、輻射怎么可能是也一份一份的呢?
它是電磁波,是連續(xù)的,怎么可能不連續(xù)呢?所以他對自己這個發(fā)現(xiàn)一方面很驚喜,另一方面也很擔(dān)心,因為人怕出名,豬怕壯,他已經(jīng)是著名的教授了,萬一鬧個笑話就不大好,所以他跟他跟學(xué)生有一次作報告的時候,在學(xué)校里他講得非常保守,以致于有一些學(xué)生聽完了以后都覺得今天白來一趟,堂課教授什么也沒講出來啊,就這樣的一個感覺。
但普朗克私下跟他兒子出去散步的時候就說:“你爹我,現(xiàn)在是做出了一個重大發(fā)現(xiàn),這個發(fā)現(xiàn)如果被證明是正確的,將可以跟牛頓的成就相媲美。”
這可見它是對這個事情很很重視,因為物理學(xué)是一個實驗的科學(xué),測量的科學(xué)。你的理論再好,你不能跟實驗對上,理論肯定會被否定,若你的理論非常牽強(qiáng),但是能夠解釋這個實驗,大家就可以接受。
所以之后大家?guī)е艽蟮膽岩山邮芰怂?,普遍的物理學(xué)家都覺得它這個理論是對的,反正跟跟實驗室一致的,當(dāng)時普朗克是這么想:這個熱輻射從這個原子射出來的時候是一份一份,吸收的時候也是一份,吸收了以后也是一份一份的,但是它在空間中傳播的時候,這些輻射是連續(xù)的,不是一份一份的。
他雖然解釋這個觀點(diǎn),但大家聽不懂,有一個記者去問他:“普蘭克教授您一會說輻射是連續(xù)的,一會又說他是不連續(xù)的,那么它到底是連續(xù)的還是不連續(xù)的?”
普拉克說:“有一個湖里頭有很多的水,旁邊有一個水缸里頭也有水,有人用小碗把缸里頭的水一碗一碗的快到湖里頭,你說這水是連續(xù)的呢,還是不的連續(xù)的?
最后我想,這個解答是說明普朗克對這個問題的看法是非常清楚的。
五年之后,德國的物理年鑒,收到了一份年輕人的論文,說的就是光電效應(yīng),這個年輕人就叫愛因斯坦。