下载文档原格式
最早提出能量子假说的科学家
能量子假说是现代科学中的一个重要理论，其最早的提出者是德
国物理学家普朗克。
他生于1858年，是19世纪末20世纪初最重要的
理论物理学家之一。
在19世纪末，科学家们已经认识到了能量的量子化，即能量并不
是连续的，而是以离散的形式出现。
而普朗克在研究黑体辐射时，进
一步推动了对能量量子化的理解。
当时，科学家们面临一个难题，无法用经典物理学的理论解释黑
体辐射的行为。
普朗克在1899年开始对这个问题展开研究，并在1900年提出了著名的普朗克辐射定律。
根据普朗克的理论，能量的辐射不是连续的，而是以能量量子的
形式出现。
这一理论对后来量子力学的发展起到了重要的奠基作用。
普朗克的能量子假说的提出引发了物理学界的广泛讨论，也促进
了后来量子力学的发展。
他的研究成果对于科学界产生了深远的影响，为后人提供了宝贵的研究方向和理论基础。
普朗克在1909年因其在热辐射领域的突出贡献而获得了诺贝尔物
理学奖。
他的能量子假说为后来量子力学的发展奠定了基础，并成为
了物理学史上的重要里程碑。
总结起来，普朗克是最早提出能量子假说的科学家之一，他通过
对黑体辐射的研究，发现了能量的量子化现象。
他的研究成果为后来
量子力学的发展做出了重要贡献，对物理学领域产生了深远的影响。
普朗克的能量子假说被奉为科学史上的重要里程碑，值得我们深入学
习和研究。
普朗克和能量子概念普朗克和能量子概念-----纪念能量子概念诞生100周年张战杰万陵德（河南师范大学物理与信息工程学院，河南，新乡，453002）摘要：本文简述了普朗克生平经历，回顾他提出能量子概念这一伟大发现过程，分析他科学研究的方法及其“悲剧”，以此来纪念这位伟大的、正直的物理学家，以期对今后科研工作有借鉴意义。
关键词：普朗克能量子概念1900年12月14日，德国物理学家M.普朗克(Max Planck)向柏林物理学会提出了能量子假说，冲击了经典物理学的基本概念，使人类对微观领域的奇特本质有了进一步的认识，对现代物理学的发展产生了重大的革命性的影响。
100年过去了，人类即将进入更加辉煌灿烂的21 世纪，此时我们回顾能量子的诞生过程，来表达对普朗克这位伟大的、正直的、饱经忧患的卓越物理学家无限的崇敬和仰慕之情。
一、生平简介普朗克1858年4月23日出生于德国的基尔。
普朗克从孩提时代就热爱物理。
在小学里，他的老师说：“想象一下，一个工人举起一块重石，奋力顶住它，把它放在屋顶上，他做功的能量没有消失。
多年以后，也许有一天，石头掉下来砸了某人的头。
”还是孩子的普朗克被这个物理中能量守恒定律的例子震惊了，就像某个人被落下的石头砸着了那样令人难忘，使他萌生了以后成为一个物理学家的想法。
1867年考入古典马可西米连大学预科学校。
在数学家赫尔曼·米勒尔的悉心指导下，普朗克显露了数学方面的才能。
米勒尔还教他天文学和力学。
入大学之前，面临着专业的选择，他曾一度徘徊于音乐、语言学和科学之间，后来几经斟酌，终于选择了科学。
1874年10月，普朗克进入慕尼黑大学学习物理和数学。
1877年转入柏林大学，在亥姆霍兹和基尔霍夫指导下学习，并于1879年取得博士学位。
他在克劳修斯著作的影响下，从事热力学研究。
1880年，普朗克成为慕尼黑大学的物理学讲师，1885年被基尔大学聘为理论物理学副教授。
1889年，在基尔霍夫去世后，普朗克到柏林大学继任基尔霍夫的职位，担任新设立的理论物理学的科学讲座教学任务，1892年提升为正教授，一直到1926年退休为止。
量子力学创立者的无奈宣言：世界上可能根本没有物质量子力学是普朗克一手创立起来的，普朗克曾是经典热力学的拥趸，他投身黑体辐射的研究也是出于对经典热力学的维护，他对黑体辐射研究的基本解释也是从经典热力学的基本理论出发。
或许也正是因为这个原因，普朗克投身黑体辐射研究六年多始终一无所获。
万般无奈之下，普朗克转变思路，首先总结出实验公式，然后再寻求理论解释，就这样，普朗克无奈地引入了能量子的假设，也就是量子，其核心即能量是不连续的，能量存在最小单位，并不存在可以无限细分的能量。
这极大地震撼了人们的思想，如果能量是不连续的，那么时间、空间都可能是不连续的。
更可怕的是，物质可能也是不连续的。
所以，尽管普朗克引入了量子，创立了量子力学，但他一点都不喜欢量子这个概念。
其后的十多年，普朗克研究工作的核心就是试图推翻量子的概念，然而越是研究，普朗克越是发现量子概念的牢不可破。
最终，普朗克只得十分无奈地接受了这个概念。
如果能量子存在，那么物质是什么，就成了一个很值得研究的问题。
这个问题曾困扰了人类几千年，人们提出了各种解释，特别是牛顿的机械唯物的物质概念已经深入人心。
然而在量子时代，这都成了问题。
如果如前所述，物质是不连续的，那么物质必然不是可以无限细分的，那么最小的物质单位是否存在，究竟以什么形式存在？普朗克对此思考多年，但始终没有找到满意的答案。
在普朗克科学生涯的后期，他无奈地宣称：世界上可能根本没有物质，物质不过是能量子（量子）的一种结合方式，而维系这个结合的力学特性或许与我们的思维或心智有关。
这个论断在当时是惊世骇俗的。
有人可能会说，怎么会没有呢？我们每天看到的，接触到的不都是物质吗？不是这样的，科学家是从本源，从哲学意义上思考物质的根本属性和本质特征，它深入到微观的最基本的物质形态，及其与时空及其他物理概念的联系。
经过反复盘问，物质到底是否存在，可能确实是存疑的。
由于这个论断不是普朗克作为正式科学观点发表的，因而注意到的人不多。
太空中的一朵乌云——量子论的诞生1900 年12 月14 日, 德国物理学家普朗克向柏林物理学会提出了能量子假说, 冲击了经典物理学的基本概念, 使人类对微观领域的奇特本质有了进一步的认识, 对现代物理学的发展产生了重大的革命性的影响. 110过去了, 人类即将进入更加辉煌灿烂的21 世纪, 此时我们回顾能量子的诞生过程, 来表达对普朗克这位伟大的、正直的、饱经忧患的卓越物理学家无限的崇敬和仰慕之情。
19 世纪末,人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候,出现了著名的所谓“紫外灾难”。
虽然瑞利、金斯和维恩分别提出了两个公式，企图弄清黑体辐射的规律，但是和实验相比，瑞利-金斯公式只在低频范围符合,而维恩公式只在高频范围符合。
普朗克从1896 年开始对热辐射1911年诺贝尔物理学奖授予德国乌尔兹堡大学的维恩，以表彰他发现了热辐射定律（ ）量子论冲破了经典理论的束缚令人困惑的“紫外灾难”进行了系统的研究。
他经过几年艰苦努力，终于导出了一个和实验相符的公式。
他于1900 年10 月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式。
12 月14 日在德国物理学会的例会上，普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。
在这个报告中, 他激动地阐述了自己最惊人的发现。
他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射(或吸收) 的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍，这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε= h ν，这就是著名的能量子假说。
其中h ,普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常量。
普朗克常量是现代物理学中最重要的物理常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。
12 月14 日这一天，后来被人们认为是量子论的“生日”。
由于量子概念随后成了理解原子壳层和原子核一切性能的关键,这一天也被看作原子物理学的生日和自然科学新纪元的开端。
1、臭氧层概念及造成臭氧层空洞的主要原因。
答：①在大气平流层中，距地面15-35公里区域处集中了大气90%的臭氧，平流层中这一区域称为臭氧层。
②破坏臭氧层的元凶是人工合成的一些含氯和含溴的物质，最典型的是氯氟烃化合物和哈龙。
③由于平流层空气缺少上下对流，且没有雨雪的冲洗，氯氟烃化合物和哈龙这类物质进入臭氧层后，可以停留很长时间，并与臭氧化合，消耗掉臭氧，从而使臭氧层遭到破坏。
储氢合金的储氢原理p.121答：①其基本原理是：某些合金具有特殊的晶体结构，而氢是一种活泼的元素，氢原子极易进入这些合金的晶格间隙内发生化学反应生成金属氢化物，将氢储存起来。
②由于氢和金属的结合力很弱，在一定温度、压力下，金属氢化物又会吸收热量，发生分解，放出氢气以供使用。
导致全球气候变暖的主要原因。
P.140要点：答：①当大气中温室气体的含量超过一定数量，就会引起地球热平衡失调，使温室效应加剧，导致地球温度升高。
②温室气体含量的增高主要是由于：化石燃料燃烧所放出的大量二氧化碳；煤矿的开采和化石燃料燃烧、稻田耕作、垃圾填埋所引起的大气中甲烷含量的提高；广泛用于制冷工业的，能吸收红外辐射的氟里昂的增加。
第一次技术革命的特点。
P.5答：①以蒸汽动力技术为主要技术，又称蒸汽动力技术革命。
②以蒸汽动力取代人力、畜力、风力和水力。
③动力机、传动机、工作机组成了机器生产系统。
伽利略对自然科学所做的主要贡献。
P.11答：①以自己的实际观测发现了许多天文现象，为哥白尼的太阳中心说提供了有力证据。
②进行了一系列的物体运动实验，发现了地上物体运动的三个力学规律以及力学相对性原理，为经典力学的建立奠定了基础。
③是实验科学的奠基人，第一个把实验方法提高到真正科学的水平，又把实验方法和数学演绎方法成功地结合起来。
他的实验方法，数学方法和分析方法，成为近代科学研究的基本方法。
光速不变原理。
P.23答：①光在真空中的传播速度是一个恒定不变的常数，与光源和观测者的运动无关。
马克斯·普朗克(1858 年4 月23 日-1947 年10 月4 日)德国物理学家，出生于德国基尔城，母亲埃玛·帕齐希（Emma Patzig，1821 年—1914 年）是父亲的第二任妻子，另有 4 个孩子赫尔曼（Her mann）、希尔德加德（Hildegard）、阿达尔贝特（Ad albert）和奥托（Otto），父亲的第一任妻子留下了 2 个孩子胡戈（Hu go）和埃玛（Emma）。
普朗克在基尔度过了他童年最初的几年时光，直到 1867 年全家搬去了慕尼黑，普朗克在慕尼黑的马克西米利安文理中学（Maximiliansgymnasium）读书，与他当时同学的奥斯卡·冯·米勒（Oskar von Miller）后来成为了德意志博物馆的创始人。
生平简介普朗克出生在一个受到良好教育的传统家庭，他的曾祖父戈特利布·雅各布·普朗克（Gottlieb Jakob Planck，1751 年—1833 年）和祖父海因里希·路德维希·普朗克（Heinrich Ludwig Planck，1785 年—1831 年）都是哥廷根的神学教授，他的父亲威廉·约翰·尤利乌斯·普朗克（Wilhelm Johann Julius Planck，1817年—1900 年）是基尔和慕尼黑的法学教授，他的叔叔戈特利布·普朗克（Gottlieb Planck，1824 年—1907年）也是哥廷根的法学家和德国民法典的重要创立者之一。
普朗克在 16 岁时就完成了中学的学业。
普朗克十分具有音乐天赋，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（AkademischerGesangverein München）为多首歌曲和一部轻歌剧（1876 年）作曲。
但是普朗克并没有选择音乐作为他马克斯·普朗克的大学专业，而是决定学习物理。
量子力学之父，普朗克出品光子盒研究院时光倒退到1900年，这时的物理学已经25年云淡风轻。
时年元旦，德高望重的物理学家开尔文勋爵（William Thomson），在英国皇家学会举行的迎接新世纪招待会上说：物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。
而这番话，早在1874年马克斯·普朗克（Max Planck）同学选专业时，就听他物理老师约利吐槽过。
但是，开尔文勋爵虽然乐观，还是提到了物理天空中尚有两朵小乌云没解决。
第一朵乌云是以太假说。
“以太”是一种假想的物质，曾经一度被认为是光在真空中传播的介质，后来证明不存在这种物质。
第二朵乌云是黑体辐射问题。
开尔文勋爵万万没想到，这第二朵乌云开启了一场时代革命，使这幢经典的物理大厦焕然一新。
而完成这项工作的就是普朗克。
从紫外灾难到量子论1889年，柏林大学物理学教授基尔霍夫去世，普朗克以前的老师亥姆霍兹推荐他接替基尔霍夫的职位。
31岁的普朗克应邀来到柏林大学，成为德国历史上第二位理论物理学教授。
在柏林大学，普朗克完成了他一生中最重要的工作。
他的这项工作始于19世纪末一场著名的“紫外灾难”，这场灾难来自开尔文勋爵提出的两朵乌云之一——黑体辐射。
所谓“黑体”，是基尔霍夫定义的一种理想模型——一种能够全部吸收外来辐射而没有任何反射或透射，吸收率高达100%的物体。
现实生活中煤炭是最接近于“黑体”的物质。
在被加热时，先是发出红光（波长较长，频率较低），随着温度的上升，光的颜色由红变黄，最后变为蓝色（波长较短，频率较高）。
后来广义上讲，但凡加热物质发射电磁波的现象都可被称为“黑体辐射”。
物理学家探索的就是“黑体辐射”的能量与温度、波长之间的关系。
1896年，德国帝国物理技术研究所（由亥姆霍兹领导）的研究人员维恩（Wilhelm Wien）从热力学角度推导出半经验的黑体辐射公式，称为“维恩近似”。
但在1897年，卢梅尔（Otto Richard Lummer）和普林舍姆（Ernst Pringsheim）两位物理学家用精确的实验证实：这个公式仅仅适用于短波段，而长波段与实验结果并不一致。
16.1普朗克量子化假设
普朗克的量子化假设，也成为普朗克-量子力学，是20世纪早期由普朗克提出的基本物理模型。
这种理论认为物体行为的物理本质以及创建世界的本源能源来自于跨地、时间和维度的宇宙力量。
该理论博大精深，它探讨了原子和分子、量子力学、电磁学、引力学等物理学领域中所有复杂问题，使其成为所有物理学家的必备模型。
普朗克-量子力学的基本做法是将物质分割成量子，即基本的物理特性单位，由他们组成的物体，可以用粒子-波的双重模型来描述。
这种假设建立在一个信念上:物质对象具有粒子特性和波特性，即由微小粒子组成，又能形成波动模式。
粒子和波具有统一性，但具有不同的性质。
粒子表现出粒子特性，而波表现出波动特性，例如传播速度等。
借助量子力学，科学家可以准确预测原子结构和行为，并可以进行小规模实验。
普朗克量子化假设的物理描述表明，每个物质基本单位（量子）的性质受到所处环境的影响，因此量子的性质与该环境的状态相关。
量子的性质是可变的，而无法预测的，只能以概率的方式解释，这是物理学的基本原理之一。
此外，还认为量子具有无穷可能性，可以发生不可预料的转变，而这种转变又受到环境影响，增强了其不确定性。
总之，普朗克-量子力学建立在一个前提假设上，即物质是由量子构成的，受环境影响，有无穷可能性。
这个假设让物理学家得以准确描述一切物理现象，并做出准确的实验预测，使物理学有了很大的发展。
量子力学是谁提出的量子力学问题量子力学最开始是由马克思·普朗克主提出的。
他是德国的理论物理学家，1918年因发现能量量子获得诺贝尔物理学奖。
1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式（能量子）实现的，能量子的大小同辐射频率成正比.量子力学是谁提出的量子力学最开始是由马克思·普朗克主提出的。
他是德国的理论物理学家，1918年因发现能量量子获得诺贝尔物理学奖。
1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式（能量子）实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出普朗克公式，正确地给出了黑体辐射能量分布。
量子力学（Quantum Mechanics），为物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。
它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。
量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。
量子力学问题按动力学意义上说，量子力学的运动方程是，当体系的某一时刻的状态被知道时，可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。
量子力学的预言和经典物理学运动方程（质点运动方程和波动方程）的预言在性质上是不同的。
在经典物理学理论中，对一个体系的测量不会改变它的状态，它只有一种变化，并按运动方程演进。
因此，运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。
量子力学可以算作是被验证的最严密的物理理论之一了。
至今为止，所有的实验数据均无法推翻量子力学。
大多数物理学家认为，它“几乎”在所有情况下，正确地描写能量和物质的物理性质。
虽然如此，量子力学中，依然存在着概念上的弱点和缺陷，除上述的万有引力的量子理论的缺乏外，至今为止对量子力学的解释存在着争议。
普朗克能量子假说
普朗克能量子假说是由阿尔伯特·普朗克提出的一种物理假说，它解释了许多物理现象，包括原子的行为和物质的性质。
根据普朗克能量子假说，物质可以看作是由许多很小的粒子构成的，这些粒子称为能量和质量的基本单位，称为普朗克粒子。
普朗克粒子包括电子、质子和中子，这些粒子在原子核内以及原子核周围移动。
根据普朗克能量子假说，物质的性质取决于它的组成，即它由多少个不同类型的普朗克粒子组成。
普朗克能量子假说是现代物理学的基础之一，并且为解释许多物理现象提供了重要的理论框架。
普朗克能量子假说提供了一种解释原子内部结构和行为的理论框架。
例如，根据普朗克能量子假说，电子在原子内部按照一定的能级分布，电子能级越高，电子越远离原子核。
普朗克能量子假说还解释了原子的光谱，即原子在受到光的作用时会发出的光谱线。
根据普朗克能量子假说，当电子在不同能级之间跃迁时，会发出或吸收特定波长的光。
普朗克能量子假说还解释了化学反应的本质，即原子之间的组合和分离是通过电子转移来实现的。
此外，普朗克能量子假说还解释了许多其他物理现象，如热力学和统计力学中的现象，以及超导体的特殊性质。
普朗克能量子假说还为解释微观世界中的现象奠定了基础，如量子力学和量子计算机。
普朗克量子假说的基本内容一、普朗克与量子假说的提出马克斯·普朗克（Max Planck）是二十世纪初最杰出的物理学家之一。
他于1900年提出了量子假说，从根本上改变了物理学的发展轨迹。
在经典物理学中，人们普遍认为能量是连续变化的，而普朗克却提出了与之相反的观点，认为能量是以离散的、量子的形式存在的。
这一假说的提出，标志着量子力学的诞生，对整个物理学领域产生了深远的影响。
二、普朗克量子假说的基本内容1.能量辐射的量子化普朗克认为，能量不是连续地向外辐射，而是以量子的形式向外辐射。
这意味着能量的传递并不是连续的，而是分立的、离散的。
这与经典物理学中能量连续变化的观点形成了鲜明的对比。
2.辐射能量的恒定值在普朗克的假说中，每个量子的大小（或者说能量）是恒定的，不随频率的改变而改变。
这一特性也被称为“辐射能量的量子化”。
这个恒定的能量值标志着能量传递的不连续性，也是量子力学最基本的特点之一。
3.能量子间的无规律跳跃普朗克认为，能量的传递不是连续的，而是以跳跃的方式从一个能级跳到另一个能级。
这种跳跃是无规律的，不能通过连续的过程来实现。
这一观点彻底颠覆了经典物理学中能量连续传递的观念。
4.温度与能量的关系普朗克还发现了温度与能量之间的关系。
他认为物体的温度越高，其内部的能量子越活跃，即物体内部粒子的无规则运动越强烈。
这一观点对于理解热力学的基本原理有着重要的意义。
5.物质波的提出普朗克在提出量子假说的同时，也提出了物质波的概念。
他认为，所有物质都具有一定的波动性，这与经典物理学中的粒子观念形成了对比。
物质波概念的提出，为后来量子力学的发展奠定了基础。
6.能量子概念的拓展普朗克的量子假说不仅适用于光，也适用于其他形式的能量。
随着研究的深入，人们发现所有的能量都以量子的形式存在，包括电子、光子等。
这一概念的拓展，使得量子力学成为研究物质和能量最基本属性的重要工具。
三、对经典物理学的挑战普朗克的量子假说对经典物理学提出了巨大的挑战。
量子假说普朗克最大贡献是在1900年提出了能量量子化，其主要内容是：黑体是由以不同频率作简谐振动的振子组成的，其中电磁波的吸收和发射不是连续的，而是以一种最小的能量单位ε=hν，为最基本单位而变化着的，理论计算结果才能跟实验事实相符，这样的一份能量ε，叫作能量子。
其中v是辐射电磁波的频率，h=6.62559*10^-34Js，即普朗克常数。
也就是说，振子的每一个可能的状态以及各个可能状态之间的能量差必定是hv的整数倍。
受他的启发，爱因斯坦于1905年提出，在空间传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光量子，简称光子，光子的能量E跟光的频率v成正比，即E=hv。
这个学说以后就叫光量子假说。
光子说还认为每一个光子的能量只决定于光子的频率，例如蓝光的频率比红光高，所以蓝光的光子的能量比红光子的能量大，同样颜色的光，强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少。
普朗克黑体辐射定律：大约是在1894年，普朗克开始把心力全部放在研究黑体辐射的问题上，他曾经委托过电力公司制造能消耗最少能量，但能产生最多光能的灯泡，这一问题也曾在1859年被基尔霍夫所提出：黑体在热力学平衡下的电磁辐射功率与辐射频率和黑体温度的关系。
帝国物理技术学院（Physikalisch-Technischer Reichsanstalt）对这个问题进行了实验研究，但是经典物理学的瑞利-金斯公式无法解释高频率下的测量结果，但这定律却也创造了日后的紫外灾难，威廉·维恩给出了维恩位移定律，可以正确反映高频率下的结果，但却又无法符合低频率下的结果。
这些定律之所以能发起有一小部分是普朗克的贡献，但大多数的教科书却都没有提到他。
普朗克在1899年就率先提出解决此问题的方法，叫做“基础无序原理”（principle of elementary disorder），并把瑞利-金斯定律和维恩位移定律这两条定律使用一种熵列式进行内插，由此发现了普朗克辐射定律，可以很好地描述测量结果，不久后，人们发现他的这项新理论是没有实验证据的，这也让普朗克他在当时感到稍稍的无奈。
