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    马克斯·普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck)

    人之一的克劳修斯。

      1880年,普朗克成为慕尼黑大学的物理学讲师,在此执教五年。1885年,他回到基尔,被委任为基尔大学理论物理学特约教授。在这里,他曾获得哥廷根大学哲学系关于能量本质论文征文的二等奖,并把一些已发表的论文汇集起来,    出版了《论熵增加原理》一书。

      1889年基尔霍夫去世后,普朗克应邀到柏林大学接替基尔霍夫的职位,担任新设立的理论物理学的科学讲座,讲授理论物理。此时,他已是德国公认的理论物理学家的领袖。

      以后他又担任了柏林科学院和柏林大学的领导工作,以及《物理学杂志》的编辑,并在柏林大学一直工作到1926年退休。

      1900年的一天,普朗克和儿子欧文在绿林中散步,他对儿子说:「今天我完成了一项重大发现,其重要性可与牛顿的发现媲美。」这一发现就是能量量子和频率之间的著名关系是 ,但他并没有在文章中对这一成果进行过任何    不寻常的宣称。正是由于这一划时代的伟大成果,普朗克获得了1918年的诺贝尔物理学奖。

      1926年,普朗克被选为英国皇家学会会员信1930年,他又成为柏林威廉大帝科学协会主席,并改名为马克斯‧普朗克科学协会。普朗克由于所受的教育及周围的影响,是一个坚持资产阶级民族主义观点的人。在第一次世界大战期间,他相信正义在德国一边,认为德意志及其同盟进行的大屠杀是「保卫民族的神圣财富。」但他在这场战争中失去了自己的大儿子。希特勒上台以后,普朗克逐渐变成一个消极的反法西斯主义者,他没有像其它一些科学家那样离开德国,认为留在德国是他的职责。但他没有使他的言论和威望以任何方式为希特勒政权服务,他谴责希特勒政权对待非雅利安种族科学家的种族主义政策,并亲自找希特勒为他的犹太人同事说情,但没有成功。为此,他于1937年被迫辞去马克斯‧普朗克科学协会主席的职务。

      普朗克在有生之年是自然科学界唯物主义思想的坚决拥护者。他先与奥斯特瓦尔德的唯能论,后又与马赫的实证主义展开了斗争,出色而热烈地坚持了科学上的唯物主义。他在一次报告中指出:以实证主义态度对待科学是不恰当的,  是没有前途的。谁如果否认原子和电子的现实性,否认光波电磁本质的现实性,否认热和运动的同一性,谁倒是可以永远不会陷入与逻辑和事实的矛盾。但是,他除了消极地旁观物理知识的成就之外,决不能再有其它任何作为。

      普朗克虽然没有创建自己的理论物理学派,但他是一位多才多艺的教师,写了一系列教科书和专题著作,其中有215篇研究论文和7部书。他的五卷集《理论物理学引论》享有世界声誉,几代物理学家都学过这部书。

      普朗克对中学生的学习也非常关心,对中学自然科学和数学的教学情况深感忧虑。他曾提出许多关于物理基础教程的任务和内容的重要设想,这些设想至今仍有现实意义。

      普朗克个性严谨,对人和善、真诚,终生保持着对音乐和登山的爱好,曾经常和爱因斯坦一起演奏室内音乐,并征服过阿尔卑斯山等许多难以攀登的高峰。爱因斯坦曾说:「与普朗克一起生活是一件快乐的事。」迈特涅尔也说:「普朗克内心纯洁、公正,与他外表的谦虚完全一致。」

      1938年,在普朗克的80寿辰庆祝会上,人们送给他一个永久性的礼物─一颗以普朗克命名的小行星。

      普朗克一生顽强地经受了许多不幸。大儿子1916年死于凡尔登战场;因难产死去两个孪生女儿;他那有天赋的二儿子欧文,是前德国政府部门的一名秘书,由于被指控参与谋杀希特勒,在1945年被处决;他在柏林的房子在一次空  袭中被炸,丰富的藏书和珍贵的手稿全部被毁,而自己在混乱中逃难时被美国人救出。但普朗克并没有被病苦压倒,他终于亲眼看到了纳粹的灭亡。在他生命最后的日子里,积极参加了战后德国科学事业的恢复工作,并重新担任了马克斯‧普朗克科学协会主席,直到有人接替为止。

      普朗克生命的最后两年是在哥廷根他侄女家中渡过的。在这里他受到人们的尊敬并享有崇高的荣誉。1946年,他虽然身体很弱,但仍然非常高兴地出席了皇家学会纪念牛顿的集会。1947年10月3日,普朗克─一颗科学巨星陨落了,  享年89岁。普朗克被安葬在哥廷根市的公墓内,其墓碑是一块简单的矩形石块,上面只写着他的名字,下角写着h=6.6210-27尔格‧秒。

      普朗克最初的独立研究成果,是1879年他2l岁时向柏林大学提交的长篇博士论文《论热力学第二定律》。他在论文中探讨了热过程的不可逆问题,提出了熵定律的最一般表述方式:「不管用什么方法都不可能使导热过程完全可逆」。但这一论点当时没有得到亥姆霍兹、基尔霍夫和克劳修斯等人的支持。不过,后来亥姆霍兹终于逐渐赏识了普朗克,从而有助于他得到柏林大学的聘任。

      在柏林大学,普朗克开始研究他老师基尔霍夫首先提出的黑体问题:黑体吸收光的所有频率,因此在加热时应该辐射出光的所有频率。这样,就出现了一个不大容易解决的问题:由于在高频范围内各种不同的电磁辐射频率数比在低频  范围内各种不同的电磁辐射频率数多得多,就像大于100万的正整数数目比小于100万的正整数数目多得多一样。如果一个黑体同等地辐射所有的电磁辐射频率,那么,事实上所有的能量都将在高频范围内被辐射。对辐射的这一情形,被  称为「紫光灾难」,因为在可见光谱中,最高频率辐射是紫色的。但实验证明「紫光灾难」是不会发生的,而19世纪90年代的物理理论对此不能给出合理的解释。维恩和瑞利两人都曾试图求出说明黑体辐射实际是怎样分布的方程,但维恩的公  式只适用于高频而不适用于低频,而瑞利的公式则只适用于低频而不适用于高频。

      普朗克开始研究时认为只要以经典电动力学为基础就可以得出与实验结果相符合的详尽理论,但他的一切努力都没有成功。后来,他决定用热动力学方法进行研究。他深信,要探求的公式应该能够极简便地表示出辐射能与温度和频率    之间的关系。经过不懈的努力,普朗克发现了熵与振荡器辐射能之间的联系,使事情获得了成功。普朗克得知库尔巴乌姆和鲁宾斯最近所做的实验发现了偏离维恩公式的现象,于是在物理协会年会前重新核对了自己的计算,得出一个符合    实验结果的公式,该公式转化为高频、低温下的维恩公式。

      1900年10月19日,在物理协会年会上普朗克做了一个报告,以讨论提纲的形式提出他所得出的辐射公式。这个报告后来发表在《德国物理协会通报》上,题目是《对维恩辐射定律的一点修正》。鲁宾斯一开完会就连夜把普朗克的公    式与自己的和库尔巴乌姆的实验结果进行比较,发现二者完全一致。

      普朗克在为其公式寻找理论论证中,发展了玻耳兹曼关于熵和辐射相联系的思想,得出了一个出人意外的、按薛定愕的说法是经过理智的激烈斗争从内心里喷射出来的结论:能量不是无限可分的,如同物质一样,能量是以「粒子」的形式存在的。在辐射过程中,能量不是连续的,而是以一束不可再分的「粒子」的形式被释放或吸收的。普朗克把这些「粒子」称为「量子」,而量子的能量只与频率有关。

      1900年12月14日,普朗克在德国物理年会上做了一个具有历史意义的报告,题目为《正常光谱辐射能的分布理论》,报告中提出了E=h这一公式。这一天成了量子物理的诞生日。

      普朗克的公式能够准确描述整个频率域上辐射的分布,这是因为他的公式中能量量子的大小与其频率成正比,并且只能以量子的形式被辐射和吸收。这样一来,当一个黑体辐射时,就不可能同等地辐射所有的频率。例如,在可见光谱  中,紫光频率是红光频率的2倍,紫光一个量子的能量就是红光一个量子的能量的2倍,所以辐射低频需要的能量少,比较容易,辐射高频需要的能量多,比较困难。当一个物体在600℃时,大半以小量子的红外线辐射,同时也刚好具有  能发出光辉的可见红光,并不存在紫光灾难之说。因为紫光的频率虽然高得多,但对其量子能量的要求也高得多,因而不大可能辐射。当温度上升时,能量的供给也增多,较高能量的量子辐射也变得越来越可能了。所以,当物体不断加热时,  辐射的光由红色变成橙色、-,最后变成浅蓝色的。这就使仅仅通过观察而得出的维恩定律有了理论依据。

      在普朗克的公式中,量子大小与辐射频率的比值是个常数,用h表示。由于力的量纲是能量和时间的乘积,所以开始普朗克把它称为「作用量子」,现在称为「普朗克常数」,是人们公认的宇宙基本基本常数之一。

      普朗克的理论太具有革命性,以致于不能马上被物理学家们所接受。实际上,连普朗克本人对它也并非全信,而有点怀疑它只不过是一种数学游戏,实际并不反映任何现实,并企图把它纳入经典物理系,但没有结果。

      爱因斯坦最早承认并发展了普朗克的这一理论。1905年,爱因斯坦首次将量子理论应用于19世纪物理学所不能解释的观察现象─赫兹最先注意到的光电效应。尽管普朗克欣然接受了爱因斯坦的相对论,但对此却不完全相信,并反对爱因斯坦想抛弃经典光学的打算,竭力把自己革命性思想的意义局限在狭窄的辐射领域内。

      1913年,玻尔把量子理论用于原子结构,解释了许多19世纪物理学所不能解释的问题,向新兴物理学的胜利进军开始了。遗憾的是,普朗克没有参加,他由于世界观的原因,因循守旧,终于未能接受现代量子力学。但是,普朗克的量子理论成为物理学的一个分水岭,人们把1900年以前的物理学称为经典物理学,而把1900年以后的物理学称为近代物理学。如果没有新的、涉及量子的数学分析形式─量子力学,就不会有近代物理学。

      1918年,人们对量子理论的重要性有了充分的认识,从而使普朗克获得了这一年的诺贝尔物理学奖。没过几年,爱因斯坦和玻尔都由于使量子理论得到应用也获得了诺贝尔奖。现在,普朗克的量子理论成为现代物理学的第一章,也  是最基本的一章。爱因斯坦对普朗克的量子理论评价说:「这一发现成为20世纪整个物理学研究的基础,从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现,那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用的理论。」从而肯定了普朗克对物理学发展的不朽贡献。

     
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