量子论理念和普朗克

量子论理念和普朗克

广为人知的另一朵“乌云”热辐射实验引发了物理学的又一次革命，量子力学诞生了．

1．普朗克量子论一切物体都发射并吸收电磁波．物体发射电磁波又称热辐射，温度越高辐射的能量越多，辐射中短波成分比例越大．完全吸收电磁辐射的物体发射电磁辐射的本领也最强，这种理想的物体称为黑体．科学家开始研究黑体辐射电磁波的能量与黑体温度以及电磁波波长的关系，从实验上得出了著名的黑体辐射定律．1879 年，斯特蕃总结出黑体辐射总能量与黑体温度4次方成正比的关系：E 一a洲.1884年这一关系得到玻耳兹曼从电磁理论和热力学理论的证明．

1893 年发表的维恩分布定律更是引起了物理学界的注意．假设电磁辐射由组成黑体的谐振子发出，按照经典理论，谐振子的能量可以连续地变化，电磁波的能量也是可以连续变化的，但是理论结果与实验定律相矛盾．普朗克认为维恩的推导过程不大令人信服，假设太多，似乎是凑出来的．1900年，普朗克提出了量子理论：黑体中的振子具有的能量是不连续的，它们发射或吸收的电磁波的能量也是不连续的．如果发射或吸收的电磁辐射的频率为＊，则发射或吸收的辐射能量只能是加的整倍数，h 为普适常量，称为普朗克常量．普朗克的量子理论成功地解释了黑体辐射定律，这种能量不连续变化的概念，是对经典物理概念的革命，普朗克的理论预示着物理观念上革命的开端．

瑞利看到维恩分布定律在长波方向的偏离，感到有必要提醒人们：在高温和长波的情况下，麦克斯韦一玻耳兹曼的能量均分原理似乎仍然有效．于是他假设在辐射空腔中，电磁谐振的能量按自由度平均分配，由此得出uOC扩T或u戊汇’T, 这个结果要比维恩辐射公式更能反映高温下长波辐射的情况.1905年，瑞利和金斯得到一孚、

T,这个公式称为瑞利

一金斯定律?它代表了能量均分原理在黑体辐射问题上的运用．

普朗克很快找到一个公式，把代表短波方向的维恩公式和代表长波方向的实验结果综合在一起：u 一以一尹习这就是普朗克辐射定律?鲁本斯得知这一公式后，渊把自己的实验结果和理论曲线进行比较，发现完全符合．于是，两人就在190 年10 月19 日向德国物理学会作了报告．普朗克的题目叫“维恩光谱方程的改进”，报告了他得到的经验公式．作为理论物理学家，普朗克当然不满足于找到一个经验公式．经过两三个月的努力，他终于在190。年底用一个能量不连续

的谐振子假设，按照玻耳兹曼的统计方法，推出了黑体辐射公式．普朗克的能量不连续谐振子假设也叫能量子假设，这个假设的提出对物理学有划时代的意义．但是，坚持经典理论的物理学家还大有人在，怀疑和非难接踵而来．1911 年，埃伦费斯特用“紫外灾难”来形容经典理论的困境．其实，物理学面临的不是危机而是一场伟大的革命．黑体辐射的研究为量子理论的建立打响了第一炮．1887 年赫兹发现了光电效应，1902 年光电效应现象中的许多问题难以用

波动说解释．1905 年，爱因斯坦将普朗克提出的能量子的概念加以推广，用来处理光与物质的相互作用的问题．他假设光在空间传播时，一束光是一群以光速‘运动的粒子流，这些粒子即为光量子．每一个光子的能量为E 一加，不同频率的光子，其能量也不同，当光子撞到金属阴极时，电子接收一个光子的能量，其中一部分能量消耗于逸出功A,剩余的能量贝。转化成电子的动能，即、口一合阴扩＋、．这就是著名的爱因斯坦光电效应方程．爱因斯坦光电效应方程不仅圆满地解释了光电效应的各个问题，使量子化的观念走向应用阶段，而且向人们显露了光具有波粒二象性的特征．