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科学纵横谈（之五 普朗克的量子理论（下））
普朗克多才多艺，具有音乐天赋，他会钢琴、管风琴和大提琴，还上过演唱课，曾在慕尼黑学生学者歌唱协会，为多首歌曲和一部轻歌剧作曲（1876年）。但是普朗克并没有选择音乐作为他的大学专业，而是决定学习物理。然而19世纪下半叶的德国，人文学科的地位仍远在新兴科学之上。普朗克出生在一个宗教和学术的世家，家人和亲戚并不鼓励他去学物理，他们都认为人文是比科学更为优越的知识。慕尼黑的物理学教授菲利普•冯•约利（Philipp von Jolly，1809-1884年）曾劝说普朗克不要学习物理，他认为“这门科学中的一切都已经被研究过了，只有一些不重要的空白需要被填补”。 普朗克的发现曾让物理学家们既兴奋又烦恼：如何理解一个近乎荒谬的假设，物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，怎么会这样呢？物体能量的变化怎么会是非连续的呢？根据我们熟悉的经典理论，任何过程的能量变化都是连续的，而且光也是从光源中连续地、不间断地发射出来的。 没有人愿意接受一个解释不通的假设，尤其是严肃的科学家。即使普朗克自己，为了说明物体热辐射的规律才被迫假设能量量子的存在，然而他内心深处也无法容忍这样一个近乎荒谬的假设。如象人们理解牛顿力学那样，人们需要理解量子理论。于是在能量量子化假设提出之后的十余年里，普朗克本人一直试图利用经典的连续概念，来解释辐射能量的不连续性，但最终都归于失败。 1931 年，普朗克在给好友伍德（Willias Wood）的信中真实地回顾了他发现量子的不情愿历程，他写道，“简单地说，我可以把整个的步骤，描述成一种孤注一掷的行动，因为我在天性上是平和的、反对可疑的和冒险的，然而我已同辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年，而没有得到任何成功的结果。我明白这个问题在物理学中具有根本的重要性，而且我也知道了描述正常谱中的能量分布的公式，因此就必须不惜任何代价来找出它的一种理论诠释，不管那代价有多高。” 物质世界能产生普朗克常数，这一定有所原因。有新的观点认为带电粒子做圆周运动时，只要向心力是与到圆心的距离的三次方成反比，就能产生一个常数，这个常数乘以圆周运动频率等于带电粒子动能。如果电子受到这种向心力，那么这个常数就是普朗克常数。通过对“电荷群”的研究，已证实电子是受到这种向心力的。 普朗克曾经说过一句关于科学真理的真理，即 “一个新的科学真理取得胜利，并不是通过让它的反对者们信服并看到真理的光明，而是通过这些反对者们最终死去，熟悉它的新一代成长起来。”这一断言被称为“普朗克科学定律”，并广为流传。 |
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