究竟什么是量子？如何理解量子？
關(guān)于量子的問題一個回答不能說的很全面 ， 我在這里簡單的回顧一下量子的提出 。十九世紀(jì)的最后一天 ， 歐洲的物理學(xué)家齊聚一堂 ， 迎接新世紀(jì)的來臨 。著名的科學(xué)家開爾文爵士驚嘆于物理學(xué)的偉大成就 ， 自豪的說：“物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成 ， 后世的物理學(xué)家只要做一些修修補補的工作就可以了 ?！遍_爾文這么說 ， 是因為在那個時代 ， 經(jīng)典力學(xué)通過牛頓、拉格朗日、拉普拉斯等人的貢獻已經(jīng)清楚的解釋了物體之間的相互作用和天體運行規(guī)律 ， 麥克斯韋電磁方程組將電與磁完美的統(tǒng)一起來 ， 熱力學(xué)統(tǒng)計物理可以解釋分子的運動規(guī)律 ， 仿佛物理學(xué)已經(jīng)完全成熟了 ， 沒有什么重大的理論問題需要解決 。
以后的物理學(xué)家只需要將物理常數(shù)的精度提高幾位就可以了 。但是 ， 開爾文同時也說：“在物理學(xué)晴朗的天空中 ， 還飄著兩朵令人不安的烏云 ?！彼f的這兩朵烏云其一是指黑體輻射問題中實驗結(jié)果與理論不符合 ， 另一朵是指尋找光的參考系-以太的麥克爾孫莫雷實驗的失敗 。恰恰是這兩朵烏云 ， 發(fā)展成為二十世紀(jì)物理學(xué)最偉大的兩個發(fā)現(xiàn)：量子力學(xué)和相對論的誕生 。
人類認識到自己探索自然的道路還很漫長 。我們首先介紹一下黑體 。物理研究發(fā)現(xiàn)：一切物體都在吸收、反射和輻射電磁波 。如果一個物體只吸收和輻射電磁波 ， 不反射電磁波 ， 這個物體就稱為黑體 。比如太陽就可以看作一個黑體 ， 因為太陽的輻射特別強 ， 輻射的電磁波強度遠遠大于反射的電磁波 。人們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn) ， 黑體輻射的情況與物體的溫度有關(guān) 。
圖中縱坐標(biāo)是單位波長單位面積輻射功率 ， 橫坐標(biāo)是波長 。我們通過這個圖可以發(fā)現(xiàn)兩個結(jié)論：第一：物體溫度越高 ， 輻射強度越大 。根據(jù)斯特番-波爾茲曼定律 ， 黑體單位面積輻射能量與溫度的四次方成正比 。人們根據(jù)這個規(guī)律及算了太陽表面溫度 。第二 ， 物體溫度越高 ， 輻射強度最大處的波長越短 ， 滿足維恩位移定律 。比如熾熱的鐵塊會發(fā)光 ， 而且溫度不同時 ， 顏色也不同 。
【量子是什么東西,什么是量子】但是 ， 這兩個定律都是實驗規(guī)律 ， 如何從理論上解釋呢?卡文迪許實驗室主任瑞利從經(jīng)典電動力學(xué)出發(fā) ， 推導(dǎo)出一個黑體輻射公式 ， 即瑞利-金斯公式 。不過 ， 這個公式并不能符合實驗結(jié)果 。只有在波長比較大的時候 ， 公式才與實驗結(jié)果符合 ， 在波長較小時 ， 公式與實驗結(jié)果偏差很大 。最可怕的是：當(dāng)波長趨近于零時 ， 瑞利公式的結(jié)果發(fā)散 ， 輻射強度無窮大 ， 這顯然是很荒謬的 。
人們無法調(diào)和理論和實驗結(jié)果 ， 并把這個問題稱為“紫外災(zāi)難”（這是因為紫外是比可見光波長更短的光 ， 表示波長短時實驗結(jié)果與理論值不符） 。為了解釋這個問題 ， 許多物理學(xué)家提出了自己的見解 。最成功的是德國科學(xué)家普朗克 。以下是普朗克學(xué)習(xí)物理過程中相貌變化圖 。普朗克在1900年提出：為了解釋黑體輻射現(xiàn)象 ， 必須做出一定的假設(shè) ， 這些假設(shè)可能與人們熟悉的物理學(xué)規(guī)律不同 。
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