科學(xué)在19世紀(jì)全面躍進(jìn)的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)初繼續(xù)大踏步前進(jìn)。然而，20世紀(jì)的科學(xué)發(fā)展，絕不只是對(duì)19世紀(jì)的科學(xué)成就作出一些增補(bǔ)或是填充部分空白，它發(fā)生了一系列的革命性的變化。這首先是從物理學(xué)家普朗克創(chuàng)立的量子論開始的。1900年，普朗克(1858—1947)提出“量子論”，吹響了20世紀(jì)物理學(xué)革命的進(jìn)軍號(hào)角。從此，不僅在物理學(xué)方面引起了一系列的變革，并且還帶動(dòng)了其他學(xué)科的革命性發(fā)展。
早在1860年，基爾霍夫就把熱力學(xué)理論用于熱輻射問(wèn)題的研究，發(fā)現(xiàn)了基爾霍夫定律;1883年，俄國(guó)的米海里遜首先制成并應(yīng)用了一種絕對(duì)黑體模型;德國(guó)科學(xué)家斯蒂芬和玻爾茲曼首先發(fā)現(xiàn)黑體的輻射能力正比于它的絕對(duì)溫度的四次方而與黑體空腔的大小、形狀、材料無(wú)關(guān);1896年奧地利科學(xué)家維恩根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)用熱力學(xué)方程，得出了維恩位移定律。既然同一個(gè)自然現(xiàn)象可以用兩個(gè)定律合成單一的普遍定律，那么能否使之同時(shí)概括所有的方面呢?從1898年開始，英國(guó)物理學(xué)家瑞利對(duì)此作了嘗試，他嚴(yán)格按照經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，從理論上推導(dǎo)了另一個(gè)關(guān)系式，這個(gè)公式在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)值能較好地吻合，但在短波，尤其是紫外光部分相差極遠(yuǎn)。這在歷史上稱為“紫外災(zāi)難”。
普朗克在實(shí)驗(yàn)室
從1895年起，德國(guó)柏林大學(xué)教授普朗克也開始研究這一問(wèn)題，并于1900年10月19日在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上，發(fā)表了他的研究成果。不僅如此，普朗克還推導(dǎo)出了斯蒂芬——波爾茲曼定律和維恩定律。普朗克在勝利的鼓舞下，還努力尋找隱藏在公式后面的物理實(shí)質(zhì)。經(jīng)過(guò)八周艱苦工作，他終于放棄了經(jīng)典的能量均分原理，提出了一個(gè)具有革命性的完全背離經(jīng)典物理學(xué)的假設(shè)：每一個(gè)自然頻率為V的線性諧振子，只能夠不連續(xù)地取得或釋放能量，能量值必須是某一最小能量的整數(shù)倍。普朗克把這每一小份能量叫作一個(gè)量子。這就是著名的普朗克量子假說(shuō)。
提出量子論的普朗克
這一假說(shuō)深刻地揭示了熱輻射能量量子化的物理本質(zhì)。1906年12月14日，普朗克在柏林的又一次物理學(xué)會(huì)上發(fā)表了題為《論正常光譜的能量分布定律的理論》的論文，提出了著名的普朗克公式。因?yàn)榱孔蛹僬f(shuō)的提出標(biāo)志著物理學(xué)上的一場(chǎng)偉大革命的開始，所以這一天就普遍被認(rèn)為是量子物理學(xué)誕生的日子。
普朗克量子論的提出，使得各門科學(xué)以嶄新的面貌在世界上出現(xiàn)。有人作過(guò)比喻：20世紀(jì)以前，科學(xué)好比廣闊無(wú)際的未知的海洋中一個(gè)個(gè)的孤島，到了20世紀(jì)，孤島已經(jīng)連成大陸，未知的海洋只不過(guò)是大陸中的孤立的湖泊而已。普朗克量子理論的提出，揭示了在微觀世界中能量本來(lái)就是不連續(xù)的實(shí)質(zhì)，對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)典概念提出了挑戰(zhàn)，嚴(yán)重地動(dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)的根基。正如V·韋斯科夫把相對(duì)論和量子論作了比較之后說(shuō)的那樣：相對(duì)論“這個(gè)體系帶來(lái)了某種嶄新的時(shí)空觀。但是，從某些方面來(lái)看，這一觀念體系與其說(shuō)是經(jīng)典傳統(tǒng)的突破，還不如說(shuō)是集19世紀(jì)物理學(xué)大成的登峰造極之作。然而，量子論是一種突破，它是向著未知世界——向著不能納入20世紀(jì)物理學(xué)概念網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象世界所跨出的第一步。”
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