科學家傳奇

第二十九章 一鳴驚人的大膽假說

　　1900年，一位德國的科學家提出了一個大膽的假說，在科學界一鳴驚人。這一假說認為輻射能（即光波能）不是一種連續不斷的流的形式，而是由小微粒組成的。他把這種小微粒叫做量子。這一量子假說與經典的光學說和電磁學說相對立，使物理學發生了一場深遠的革命，從而促使人們對物質的放射性有了更深刻的了解。提出這一假說的科學家名叫馬克斯·普朗克，由於提出這一假說，他獲得1918年諾貝爾物理學獎。也由於這一假說，讓普朗克成為著名物理學家，才有了後來的普朗克獎章。

　　普朗克獎章

　　普朗克獎章是在1929年由德國物理學會設立的物理學獎，用於獎勵那些在理論物理學領域，特別是與馬克斯·普朗克的工作有聯係的領域的傑出成就，以紀念這位著名的德國物理學家，推動物理學向前發展。普朗克獎章包括一枚獎章、一份獎狀，每年一次，由德國物理學會評選和頒獎。候選人由若幹名前獲獎者組成的一個委員會推薦，每次評獎時，必須提出兩名候選人。

　　盡管普朗克獎章從獎金金額到知名度都不是太高，但是普朗克獎章對世界各國科學家開放，普朗克這個名字在物理學界也有著革命性的意義，因此以他名字命名的科學獎算得上是物理學領域的大獎。有意思的是，正因為馬克斯·普朗克的影響，在德國，除了這個科學獎，甚至有多達幾十個科學研究所都以馬克斯·普朗克的名字來命名。

　　馬克斯·普朗克研究所是多個德國科學研究所的名稱，它們一起組織在馬克斯·普朗克學會中，總部設在南部城市慕尼黑，與德國的其他研究機構相比，馬克斯·普朗克研究所更加注重基礎研究。

　　投身物理學

　　普朗克於1858年出生在德國的基爾市。他先後就讀於柏林大學和慕尼黑大學，21歲時在慕尼黑大學獲得物理學博士學位。1889年任柏林大學教授，直到1928年70歲退休為止。普朗克從小就表現出很高的數學天分，同時也十分愛好音樂。在19世紀末，古典物理學已經取得了輝煌的成就。普朗克曾向受人尊敬的慕尼黑大學教授諾利征求意見，教授認為物理學已接近完美，沒有再研究的必要，勸他不要從事物理研究，但普朗克還是選擇了物理學作為自己一生的追求。

　　普朗克實際上，當時正處於頂峰的古典物理學麵臨著前所未有的危機，許多方而亟待新的理論來指導。和當時的其他物理學家一樣，普朗克對黑體輻射問題充滿了興趣，黑體輻射是描述給絕對黑體加熱來做電磁輻射的術語，絕對黑體是不反射任何光而完全吸收所遇見光的物體。在普朗克開始對它研究之前，已經有實驗物理學家們對這樣的物體輻射做過認真的測量。在前人的研究基礎上，普朗克取得了不小的進步，他的第一項成就是提出了一個用來正確描繪黑體輻射的相當複雜的代數公式。這個代數式完美地概述了實驗數據，在今天，理論物理學上仍常常使用它。但是，這個成果也同時產生一個新的問題：這預示存在著一個完全不同的公式。

　　了不起的假說

　　普朗克對這個問題沉思默想，1900年12月14日，他在德國物理學年會上做了題為《正確光譜輻射的分布理論》的報告，這個報告正式宣告了量子理論的誕生。他指出，物體在產生和吸收輻射時，能量不是連續變化的，而是以一定數量值整數倍跳躍式地變化。也就是說，能量不是無限可分的，而是有一最小的單元。這個不可分的能量單元，普朗克稱它為“能量子”或“量子”。根據普朗克學說，一個光量子的大小取決於光的頻率（即顏色）且與一個物理量成正比。普朗克把這個物理量縮寫為h，現在被稱為普朗克常數。普朗克假說與當時流行的物理概念完全對立，但是他正是利用這一假說，在理論上準確地推導了正確的黑體輻射公式。

　　普朗克假說在當時並不被廣泛看好，當初大多數物理學家（包括普朗克本人在內）都認為這一假說不過是適應麵很窄的一個數學假設。但是幾年以後，表明普朗克的概念還能應用於除黑體輻射以外的許多各種不同的物理現象。1905年愛因斯坦用這一概念解釋了光電效應。1913年，尼爾斯·玻爾在他的原子結構學說中也使用了這一概念。這些大科學家無一不是利用普朗克的假說，在科學研究上取得了新的進展，所以，慢慢地，人們認識到普朗克假說的重要性。

　　普朗克與愛因斯坦

　　普朗克這一假說非常有意義，它使人們在思想上擺脫了先前的錯誤概念，打破了物理學自牛頓以來的沉寂，迎來了新世紀物理學的發展，從而導致了量子力學的發展，使量子力學成為20世紀中最重要的科學之一，甚至比愛因斯坦的相對論還要重要。現在，普朗克常數h在物理理論中有著重要的作用，被認為是兩三個最基本的物理常數之一。它出現在原子結構學說、海森堡測不準原理、輻射學說和許多科學公式中。普朗克最初計算出來的常數數值相當精確，隻比今天使用的相差2%。正因為如此，後來的人們尊稱普朗克為“量子力學之父”。

　　在第二次世界大戰期間，德高望重的普朗克冒著生命危險，為幫助和支持受法西斯迫害的猶太籍科學家而奔走呐喊。普朗克的偉大發現和他的崇高品格，使他的名字與科學史上許多偉大的名字並列在一起。正如他的學生、諾貝爾獎獲得者勞厄所說：“隻要自然科學存在，它就不會讓普朗克的名字被遺忘。”