科学家传奇

第二十九章 一鸣惊人的大胆假说

　　1900年，一位德国的科学家提出了一个大胆的假说，在科学界一鸣惊人。这一假说认为辐射能（即光波能）不是一种连续不断的流的形式，而是由小微粒组成的。他把这种小微粒叫做量子。这一量子假说与经典的光学说和电磁学说相对立，使物理学发生了一场深远的革命，从而促使人们对物质的放射性有了更深刻的了解。提出这一假说的科学家名叫马克斯·普朗克，由于提出这一假说，他获得1918年诺贝尔物理学奖。也由于这一假说，让普朗克成为著名物理学家，才有了后来的普朗克奖章。

　　普朗克奖章

　　普朗克奖章是在1929年由德国物理学会设立的物理学奖，用于奖励那些在理论物理学领域，特别是与马克斯·普朗克的工作有联系的领域的杰出成就，以纪念这位著名的德国物理学家，推动物理学向前发展。普朗克奖章包括一枚奖章、一份奖状，每年一次，由德国物理学会评选和颁奖。候选人由若干名前获奖者组成的一个委员会推荐，每次评奖时，必须提出两名候选人。

　　尽管普朗克奖章从奖金金额到知名度都不是太高，但是普朗克奖章对世界各国科学家开放，普朗克这个名字在物理学界也有着革命性的意义，因此以他名字命名的科学奖算得上是物理学领域的大奖。有意思的是，正因为马克斯·普朗克的影响，在德国，除了这个科学奖，甚至有多达几十个科学研究所都以马克斯·普朗克的名字来命名。

　　马克斯·普朗克研究所是多个德国科学研究所的名称，它们一起组织在马克斯·普朗克学会中，总部设在南部城市慕尼黑，与德国的其他研究机构相比，马克斯·普朗克研究所更加注重基础研究。

　　投身物理学

　　普朗克于1858年出生在德国的基尔市。他先后就读于柏林大学和慕尼黑大学，21岁时在慕尼黑大学获得物理学博士学位。1889年任柏林大学教授，直到1928年70岁退休为止。普朗克从小就表现出很高的数学天分，同时也十分爱好音乐。在19世纪末，古典物理学已经取得了辉煌的成就。普朗克曾向受人尊敬的慕尼黑大学教授诺利征求意见，教授认为物理学已接近完美，没有再研究的必要，劝他不要从事物理研究，但普朗克还是选择了物理学作为自己一生的追求。

　　普朗克实际上，当时正处于顶峰的古典物理学面临着前所未有的危机，许多方而亟待新的理论来指导。和当时的其他物理学家一样，普朗克对黑体辐射问题充满了兴趣，黑体辐射是描述给绝对黑体加热来做电磁辐射的术语，绝对黑体是不反射任何光而完全吸收所遇见光的物体。在普朗克开始对它研究之前，已经有实验物理学家们对这样的物体辐射做过认真的测量。在前人的研究基础上，普朗克取得了不小的进步，他的第一项成就是提出了一个用来正确描绘黑体辐射的相当复杂的代数公式。这个代数式完美地概述了实验数据，在今天，理论物理学上仍常常使用它。但是，这个成果也同时产生一个新的问题：这预示存在着一个完全不同的公式。

　　了不起的假说

　　普朗克对这个问题沉思默想，1900年12月14日，他在德国物理学年会上做了题为《正确光谱辐射的分布理论》的报告，这个报告正式宣告了量子理论的诞生。他指出，物体在产生和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定数量值整数倍跳跃式地变化。也就是说，能量不是无限可分的，而是有一最小的单元。这个不可分的能量单元，普朗克称它为“能量子”或“量子”。根据普朗克学说，一个光量子的大小取决于光的频率（即颜色）且与一个物理量成正比。普朗克把这个物理量缩写为h，现在被称为普朗克常数。普朗克假说与当时流行的物理概念完全对立，但是他正是利用这一假说，在理论上准确地推导了正确的黑体辐射公式。

　　普朗克假说在当时并不被广泛看好，当初大多数物理学家（包括普朗克本人在内）都认为这一假说不过是适应面很窄的一个数学假设。但是几年以后，表明普朗克的概念还能应用于除黑体辐射以外的许多各种不同的物理现象。1905年爱因斯坦用这一概念解释了光电效应。1913年，尼尔斯·玻尔在他的原子结构学说中也使用了这一概念。这些大科学家无一不是利用普朗克的假说，在科学研究上取得了新的进展，所以，慢慢地，人们认识到普朗克假说的重要性。

　　普朗克与爱因斯坦

　　普朗克这一假说非常有意义，它使人们在思想上摆脱了先前的错误概念，打破了物理学自牛顿以来的沉寂，迎来了新世纪物理学的发展，从而导致了量子力学的发展，使量子力学成为20世纪中最重要的科学之一，甚至比爱因斯坦的相对论还要重要。现在，普朗克常数h在物理理论中有着重要的作用，被认为是两三个最基本的物理常数之一。它出现在原子结构学说、海森堡测不准原理、辐射学说和许多科学公式中。普朗克最初计算出来的常数数值相当精确，只比今天使用的相差2%。正因为如此，后来的人们尊称普朗克为“量子力学之父”。

　　在第二次世界大战期间，德高望重的普朗克冒着生命危险，为帮助和支持受法西斯迫害的犹太籍科学家而奔走呐喊。普朗克的伟大发现和他的崇高品格，使他的名字与科学史上许多伟大的名字并列在一起。正如他的学生、诺贝尔奖获得者劳厄所说：“只要自然科学存在，它就不会让普朗克的名字被遗忘。”