发布日期：2025-01-09 10:55    点击次数：138

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2025年，咱们将迎来量子力学出身100周年——这项透澈变嫌物理学、工夫和咱们对天地领略的表面。合股国教科文组织以致将这一年定为海外量子科学与工夫年——不外，科学家们更可爱粗略的“量子年”这别称称。然而，量子力学的故事初始得远早于1925年。1900年，马克斯·普朗克在处治热力学中一个看似工夫性的问题时，迈出了一个看似眇小但却极具翻新性的要领。这个决定冲破了经典物理学的框架，为量子翻新的到来铺平了说念路。基尔霍夫的挑战到19世纪末，物理学的基础似乎已安如磐石。牛顿的力学解释了物体的畅通。麦克斯韦的方程描写了光的传播。热力学揭示了热与能量的关联。物理学家们觉得他们行将揭开天地的整个玄机，但一个困扰他们的艰难却永远未解——黑体放射问题。处治这个问题，利弊将这三大物理表面经营起来。

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在19世纪中期，古斯塔夫·基尔霍夫提倡，圆善继承且圆善放射的物体（即“黑体”）的放射光谱区别，只与物体的温度经营，而与其材质无关。他提倡了一个根人性挑战：找出一个普适的礼貌，描写黑体在不同频率下放射的能量。这个问题成为了热力学与电磁学新兴界限的舛误课题，推进物理学家们寻找一个普适的公式，来破解热放射的艰难。

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国内自拍2019在线那时，物理学家们利弊测量在不同温度下，光强如安在色谱上变化（包括可见光与不行见光部分）。加热物体时，它会先变红，再变橙，接着变得更白，因为高频率、高能量的光初始出现。到19世纪末，已有大都对于不同温度下光强区别的精准记载。

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然而，当科学家们尝试将这些测量数据挪动为表面时，却遇到了瓶颈。字据经典物理学的表面，要是试图汇总整个频率下的光能量，罢休会发生倒霉性成果——在紫外线（光谱中的“蓝端”）区域，估量的能量会无限增长。这种能量表面上的“爆炸”——常常被称为“紫外倒霉”——与骨子实验罢休十足不符。事实上，实验标明，在高频率下，光的强度骨子上会缓慢。科学家们像威廉·维恩和雷利勋爵提倡了几种能量区别公式。维恩定律：适用于高频率，但在低频率上无效。雷利-金斯公式：适用于低频率，但在高频率时会趋向无尽大。物理学家们弥留需要一个能王人集通盘光谱并与实践相符的公式，即使它莫得明确的物领略释。马克斯·普朗克的出现马克斯·普朗克，德国表面物理学家，是处治这一艰难的其中一位科学家。到19世纪末，普朗克已在科学界栽种了三念念此后行、粗重职责的声誉，但他并非一个激进的翻新者。他并不设计推翻物理学的基础。普朗克对黑体放射的趣味源自他对热力学深刻问题的念念考。他对能量如何流动、如何达到均衡，以及熵（无序度量）如何被严格领略充满趣味。黑体放射问题为这些念念考提供了一个实验场。要是利弊准确估量热物体在不同频率下如何放射能量，就不错进一步完善热力学定律。因此，普朗克初始深入分析这些放射光谱，用功找到一个能与精准测量数据匹配的公式。他作念到了，在1900年10月，尽管那时他并莫得可信的表面依据——这个公式与实验弧线吻合，但它只是是一个骁勇的揣摸。随后，他赶快入辖下手从机械模子中推导出这个公式。令东说念主诧异的是，他成功了，并在两个月后展示了推导进程。

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那么，他是如何作念到的呢？能量的计数

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那时，微积分已被芜俚领略，阵势是从破碎事物初始，然后设计它们变得越来越小，同期数目按换取的比例增多。一个经典的例子是狡计弧线下的面积。狡计一堆矩形的面积相配浅薄。然后，联想这些矩形变得越来越薄。在每个点上，你都不错蹂躏狡计出头积，而这种近似阵势会越来越精准。在数学和物理学中，常常会将一个一语气的量剖析成大都小的增量，随后让这些增量变得无限小，再还原为一语气现象。因此，普朗克将总能量联想为由无数换取大小的小块构成，问题是这些小块如何区别在不同频率的光上。这类问题——破碎“物体”如何最终区别——是概率论中的常见课题。从数学上讲，这不错简化为：“有若干种阵势不错将物品分组？”——一个“浅薄”的计数问题。

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普朗克沿着访佛的念念路推导。他将能量剖析成破碎的部分，狡计它们如何安排才智达到最大熵现象，并得出了一个公式。教科书常常将此进程简化为：普朗克“引入”了量子化的能量。但这听起来像是一次首要的、特意图的创新。事实上，那时量子化能量更多的是一种暂时的数学技能，而非对当然界的激进声明。普朗克阵势的确切创新不在于从破碎单元初始——此前已有好多东说念主作念过访佛的计数阵势。确切的革新点在于，他在得出最终与实验数据圆善匹配的公式时，并莫得去除破碎性。他保留了这种破碎性，并最终得出一个圆善描写黑体放射弧线的公式，涵盖了整个频率。换句话说，普朗克的冲破并不是发明了全新的主见，而是在不毁灭旧有阵势的基础上，保留了一个中间阵势。变嫌一切的一步普朗克本东说念主承认，他那时并未十足领略我方所作念的事情的深入意旨。部分原因是出于黯然：莫得一语气模子能有用职责，保捏能量的破碎性成为赢得合理公式的独一路线。他引入了今天被称为普朗克常数（h）的常数，这是一个少许字，用来设定这些能量“包”的大小。普朗克开始并未将其解读为能量如实所以不行分割的块状存在的，而更像是一个拟合参数，奇怪的是，它让数学得到了合理的罢休。普朗克的发现并未立即激发翻新。但在接下来的二十年里，其他科学家在他的基础上开展了职责：1905年：阿尔伯特·爱因斯坦讲解了光所以量子或光子的体式存在，解释了光电效应。1913年：尼尔斯·玻尔提倡了原子量子模子，描写了光谱线和物资的厚实性。1923年：路易·德布罗意提倡物资也具有波长，长入了波粒二象性的不雅点。1925年：维尔纳·海森堡和厄尔温·薛定谔厚爱栽种量子力学，提倡了不细目性旨趣和波动方程。普朗克的超卓之处在于，他的骁勇尝试不仅揭示了当然界并非十足遵从经典物理学所设定的规矩，何况他莫得毁灭传统的念念路，从而在量子物理学的助长中埋下了不测的种子。 本站仅提供存储处事，整个内容均由用户发布，如发现存害或侵权内容，请点击举报。