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普朗克 Planck, Max KARL ERNST LUDWIG ( 1858.4.23~1947.10.4)
發佈者:系統管理員 (2012-05-14 16:35:11)
最後修改者:系統管理員 (2012-05-15 00:00:07)
普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858~1947),德國物理學家。他於1900年導出了能量量子和頻率之間的著名關係式E=h ,引入了以他的名字命名的普適常數h,從而指出了輻射能量的量子性,開創了物理學的新時代,成為現代物理學的奠基者。
生平簡述
  普朗克1858年4月27日出生於德國北部基爾市的一個法官和政府官員的古老家庭。他父親是一位著名的法律教授,有優越的社會地位,經常以日耳曼精神教育兒子,而這種精神的核心就是忠君思想。
 
  普朗克從小就表現出數學天才,同時也愛好音樂。1867年,全家遷居到慕尼黑,普朗克的中學時代是在慕尼黑馬克思米利安中學渡過的。
 
  少年時代的普朗克會想當一名職業綱琴家,但最終還是決定從事理論物理研究在他決定從事理論物理研究前,曾經去找受人尊敬的慕尼黑大學教授若利徵求意見,若利勸他不要從事物理研究。按照若利的說法,物理學像歐幾里得幾何學一樣,已經到了接近完美的程度,現在再去研究,不會有什麼前途。但普朗克沒有聽從若利的勸告,於1874年進入慕尼黑大學學習物理和數學。三年後,為了完成學業,他去了柏林大學,在名師亥姆霍茲和基爾霍夫指導下學習,並於1879年取得了哲學博士學位。但是,對普朗克以後成為理論物理學家影響最大的卻是熱動力學創始人之一的克勞修斯。
 
  1880年,普朗克成為慕尼黑大學的物理學講師,在此執教五年。1885年,他回到基爾,被委任為基爾大學理論物理學特約教授。在這裡,他曾獲得哥廷根大學哲學系關於能量本質論文徵文的二等獎,並把一些已發表的論文匯集起來,出版了《論增加原理》一書。
 
  1889年基爾霍夫去世後,普朗克應邀到柏林大學接替基爾霍夫的職位,擔任新設立的理論物理學的科學講座,講授理論物理。此時,他已是德國公認的理論物理學家的領袖。以後他又擔任了柏林科學院和柏林大學的領導工作,以及《物理學雜誌》的編輯,並在柏林大學一直工作到1926年退休。
 
  1900年的一天,普朗克和兒子歐文在綠林中散步,他對兒子說:"今天我完成了一項重大發現,其重要性可與牛頓的發現媲美。
 
  "這一發現就是能量量子和頻率之間的著名關係式E= h ,但他並沒有在文章中對這一成果進行過任何不尋常的宣稱。正是由於這一劃時代的偉大成果,普朗克獲得了1918年的諾貝爾物理學獎。
 
  1926年,普朗克被選為英國皇家學會會員。1930年,他又成為柏林威廉大帝科學協會主席,並改名為馬克斯.普朗克科學協會。
 
普朗克由於所受的教育及周圍的影響,是一個堅持資產階級民族主義觀點的人。在第一次世界大戰期間,他相信正義在德國一邊,認為德意志及其同盟進行的大屠殺是"保衛民族的神聖財富。"但他在這場戰爭中失去了自己的大兒子。希特勒上台以後,普朗克逐漸變成一個消極的反法西斯主義者,他沒有像其他一些科學家那樣離開德國,認為留在德國是他的職責。但他沒有使他的言論和威望以任何方式為希特勒政權服務,他譴責希特勒政權對待非雅利安種族科學家的種族主義政策,並親自找希特勒為他的猶太人同事說情,但沒有成功。為此,他於1937年被迫辭去馬克斯.普朗克科學協會主席的職務。
 
  普朗克在有生之年是自然科學界唯物主義思想的堅決擁護者。他先與厄司特瓦爾德的唯能論,後又與馬赫的實證主義展開了鬥爭,出色而熱烈地堅持了科學上的唯物主義。他在一次報告中指出:以實證主義態度對待科學是不恰當的,是沒有前途的。誰如果否認原子和電子的現實性,否認光波電磁本質的現實性,否認熱和運動的同一性,誰倒是可以永遠不會陷入與邏輯和事實的矛盾。但是,他除了消極地旁觀物理知識的成就之外,決不能再有其他任何作為。
 
  普朗克雖然沒有創建自己的理論物理學派,但他是一位多才多藝的教師,為了一系列教科書和專題著作,其中有215篇研究論文和7部書。他的五卷集《理論物理學引論》享有世界聲譽,幾代物理學家都學過這部書。
 
  普朗克對中學生的學習也非常關心,對中學自然科學和數學的教學情況深感憂慮。
 
  他曾提出許多關於物理基礎教裡的任務和內容的重要設想,這些設想至今仍有現實意義。
 
  1933年2月17日,普朗克在柏林市德國工程師協會所做的一次報告中指出:重要的不是教什麼,而是如何教。學生弄懂一項數學方法,要比能背10個公式、能用這些公式、但沒有真正弄懂其意義寶貴得多。學校的任務不是教給學生專門的經驗,而是培養學生合乎邏輯的有條理的思維能力。可能有人反對,認為歸根結蒂能夠做事要比懂得怎樣做事重要。當然,只懂不會,沒有什麼意義,任何理論都要最終能夠運用才有意義。但是,理論決不應該只是為了簡單能做,不然的話,在非常事情面前就會束手無策。所以,今後搞好教學工作的首要任務就是搞好紮實的基礎教學。
 
  普朗克個性嚴謹,對人和善、真誠,終生保持看對音樂和登山的愛好,曾經常和愛因斯坦一起演奏室內音樂,並征服過阿爾卑斯山等許多難以攀登的高峰。愛因斯坦曾說:"與普朗克一起生活是一件快樂的事。"邁特涅爾也說:"普朗克內心純潔、公正,與他外表的謙虛完全一致。"
 
  1938年,在普朗克的80壽辰慶祝會上,人們送給他一個永久性的禮物-一顆以普朗克命名的小行星。
 
  普朗克一生頑強地經受了許多不幸。大兒子1916年死於凡爾登戰場;因難產死去兩個孿生女兒;他那有天賦的二兒子歐文,是前德國政府部門的一名秘書,由於被指控參與謀殺希特勒,在1945年被處決;他在柏林的房子在一次空襲中被炸,豐富的藏書和珍貴的手稿全部被毀,而自己在混亂中逃難時被美國人救出。但普朗克並沒有被痛苦壓倒,他終於親眼看到了納粹的滅亡。在他生命最後的日子裡,積極參加了戰後德國科學事業的恢復工作,並重新擔任了馬克斯.普朗克科學協會主席,直到有人接替為止。
 
  普朗克生命的最後兩年是在哥廷根他侄女家中渡過的。在這裡他受到人們的尊敬並享有崇高的榮譽。
 
  1946年,他雖然身體很弱,但仍然非常高興地出席了皇家學會紀念牛頓的集會。
 
  1947年10月3日,普朗克-一顆科學巨星隕落了,享年89歲。
 
普朗克被安葬在哥廷根市的公墓內,其墓碑是一塊簡單的矩形石塊,上面只寫著他的名字,下角寫著h=6.62×10 爾格.秒。
 
  普郎克最初的獨立研究成果,是1879年他21歲時向柏林大學提交的長篇博士論文《論熱力學第二定律》。他在論文中探討了熱過程的不可逆問題,提出了火商定律的最一般表述方式:"不管用什麼方法都不可能使導熱過程完全可逆"。但這一論點當時沒有得到亥姆霍茲、基爾霍失和克勞修斯等人的支持。不過,後來亥姆霍茲終於逐漸賞識了普朗克,從而有助於他得到柏林大學的聘任。   
重大貢獻
1.量子理論
2.輻射能量的量子性   
發現定理
  在柏林大學,普朗克開始研究他老師基爾霍夫首先提出的黑體問題:黑體吸收光的所有頻率,因此在加熱時應該輻射出光的所有頻率。這樣,就出現了一個不大容易解決的問題:由於放在高頻範圍內各種不同的電磁輻射頻率數比在低頻範圍內各種不同的電磁輻射頻率數多得多,就像大於100萬的正整數數目比小於100萬的正整數數目多得多一樣。如果一個黑體同等地輻射所有的電磁輻射頻率,那麼,事實上所有的能量都將在高頻範圍內被輻射。
 
  對輻射的這一情形,被稱為"紫災",因為在可見光譜中,最高頻率輻射是紫色的。但實驗證明"紫災"是不會發生的,而19世紀90年代的物理理論對此不能給出合理的解釋。維恩和瑞利兩人都曾試圖求出說明黑體輻射實際是怎樣分布的方程,但維恩的公式只適用於高頻而不適用於低頻,兩端利的公式則只適用於低頻而不適用於高頻。
 
  普朗克開始研究時認為只要以經典電動力學為基礎就可以得出與實驗結果相符合的詳盡理論,但他的一切努力都沒有成功。後來,他決定用熱動力學方法進行研究。他深信,要探求的公式應該能夠極簡便地表示出輻射能與溫度和頻率之間的關係。
 
  經過不懈的努力,普朗克發現了火商與振蕩器輻射能之間的聯繫,使事情獲得了成功。普朗克得知庫爾巴烏姆和魯賓斯最近所做的實驗發現了偏離維恩公式的現象,於是在物理協會年會前重新核對了自己的計算,得出一個符合實驗結果的公式,該公式轉化為高頻、低溫下的維恩公式。
 
  1900年10月19日,在物理協會年會上普朗克做了一個報告,以討論提綱的形式提出他所得出的輻射公式。這個報告後來發表在《德國物理協會通報》上,題目是《對維恩輻射定律的一點修正》。魯賓斯一開完會就連夜把普朗克的公式與自己的和庫爾巴烏姆的實驗結果進行比較,發現二者完全一致。
 
  普朗克在為其公式尋找理論論證中,發展了玻耳茲曼關於火商和輻射相聯繫的思想,得出了一個出人意外的、按水丁格的說法是經過理智的激烈鬥爭從內心裡噴射出來的結論:能量不是無限可分的,如同物質一樣,能量是以"粒子"的形式存在的。在輻射過程中,能量不是連續的,而是以一束不可再分的"粒子"的形式被釋放或吸收的。普朗克把這些"粒子"稱為"量子",而量子的能量只與頻率有關。
 
  1900年12月14日,普朗克在德國物理年會上做了一個具有歷史意義的報告,題目為《正常光譜輻射能的分布理論》,報告中提出了E= h ,這一公式。這一天成了量子物理的誕生日。
 
  普朗克的公式能夠準確描述整個頻率域上輻射的分布,這是因為他的公式中能量量子的大小與其頻率成正比,並且只能以量子的形式被輻射和吸收。這樣一來,當一個黑體輻射時,就不可能同等地輻射所有的頻率。例如,在可見光譜中,紫光頻率是紅光頻率的2倍,紫光一個量子的能量就是紅光一個量子的能量的2倍,所以輻射低頻需要的能量少,比較容易,輻射高頻需要的能量多,比較困難。當一個物體在600℃時,大半以小量子的紅外線輻射,同時也剛好具有能發出光輝的可見紅光,並不存在紫災之說。
 
  因為紫光的頻率雖然高得多,但對其量子能量的要求也高得多,因而不大可能輻射。當溫度上升時,能量的供給他增多,較高能量的量子輻射也變得越來越可能了。所以,當物體不斷加熱時,輻射的光由紅色變成橙色、黃色,最後變成淺藍色的。這就使僅僅通過觀察而得出的維恩定律有了理論依據。
 
  在普朗克的公式中,量子大小與輻射頻率的比值是個常數,用h表示。由於h的量綱是能量和時間的乘積,所以開始普朗克把它稱為"作用量子",現在稱為"普朗克常數"是人們公認的宇宙基本普適常數之一。
 
  普朗克的理論太具有革命性,以致於不能馬上被物理學家們所接受。實際上,連普朗克本人對它也並非全信,而有點懷疑它只不過是一種數學遊戲,實際並不反映任何現實,並企圖把它納入經典物理系,但沒有結果。
 
  但是,普朗克的量子理論成為物理學的一個分水嶺,人們1900年以前的物理學稱為經典物理學,而把1900年以後的物理學稱為現代物理學。如果沒有新的、涉及量子的數學分析形式---量子力學,就不會有現代物理學。