普朗克常数h等于多少(普朗克常数计算公式)

德国著名诗人席勒曾说，“我们不知道20世纪会是什么样子，也不知道它会取得什么成就，但它之前的每个时代都致力于塑造20世纪。”

在科学领域，20世纪前所未有的伟大要归功于量子物理学的诞生。

量子物理学的出现动摇了经典物理学的绝对权威，将人类带到了一个全新的世界。

但是，大家一定没想到，这个划时代的理论来得这么不情愿。

被称为“量子物理学之父”的普朗克，在他提出量子理论后，多年来一直试图推翻他的理论。

普朗克

1858年4月18日，马克斯·普朗克出生在德国的一个小镇基尔。

他的家族堪称那个时代德国的“贵族”。

纯正的“雅利安人”血统，再加上那些光鲜亮丽的社会身份，牧师、法学家、大学教授等等。

年轻的普朗克

优越的家庭背景让普朗克从小就接受了良好的教育，无论是人文精神还是自然科学。

1867年，普朗克一家从基尔搬到慕尼黑，在那里普朗克开始了他的高中生活。

普朗克经典的美丽侧脸

与其他许多天才科学家不同，普朗克在当时并不擅长科学。

在班里的排名大概是前三之后，前十之前，很不起眼。

相反，他在音乐和艺术方面表现出不同的天赋。他钢琴和手风琴都弹得很好。

这导致了他在进入大学之前，不知道应该选择哪个方向作为自己的终身目标，是音乐、语言学还是科学。

在普朗克生活的时代，自然科学远不如人文艺术受重视。

但是，他还是选择了自然科学，不太好考。当然，音乐一直是他的爱好。

老普朗克在弹钢琴。

起初，他主修数学，但慢慢地他的兴趣转向了物理。

但在19世纪中后期，经典物理学的大厦基本建成。

物理学家所能做的最好的事情就是将灰尘从这个辉煌的物理大厅中扫走，不会再有重大理论被提出。

当时普朗克工作的慕尼黑大学的一位老师恳切地劝普朗克:不要再学物理了。这个领域没有留给年轻人的机会。

于是普朗克说他很感动，然后拒绝了他，最后毅然选择了物理。

因为普朗克本人就是一个完全不在乎名利的“冷”人。

他不在乎这些划时代的理论是谁提出的，只想知道“为什么”。

若干年后，他在《从相对到绝对》中写道，“绝对的东西大多是理想的目标。它总是出现在我们面前，却永远也到不了。这是一件无聊的事情，只有当我们追求这个目标时，我们才会感到满足”

一踏入物理世界，普朗克就对热力学表现出极大的兴趣，或者说沉迷其中。

1879年，年仅21岁的普朗克以论文《论热力学第二定律》获得慕尼黑大学博士学位，论文中贯穿了他对“熵”深刻而独特的看法。

1880年，他获得了大学教师资格，让他获得资格的也是一篇关于热力学的论文。

后来他的著作《热力学讲义》被奉为热力学经典著作长达30多年。

在物理学领域，他的地位正在稳步上升。

在世纪之交，他已经是公认的热力学权威。

然而，我们所知道的普朗克是量子理论的创始人。

那他在热力学方面的研究和量子论有什么关系呢？

…

如前所述，经典物理学已经被视为一座完成的建筑。

普朗克是这个神圣的物理学殿堂最虔诚的信徒之一。

这栋楼一旦出了事，他总是第一个站出来修理。

黑体空腔的吸收图

当时物理学中有一个令人费解的问题:黑体辐射。

所谓黑体，是指在任何温度下，能够吸收任何波长的所有入射电磁波，而不发生任何反射和透射的物质。

绝对黑体在自然界中并不存在，而是一种理想的物理模型，可以作为热辐射研究的标准物体。

太阳也是一个黑体。

然而，在普朗克的时代，人们提出了两个不同的公式来研究黑体辐射。

这两个公式分别来自德国物理学家韦恩和英国物理学家瑞利和詹金斯。

维恩公式仅在短波(高频)和低温下与实验结果相符，但在长波区完全不适用。

德国物理学家韦恩

相反，瑞利-詹金斯公式只在长波和高温下与实验相符，在短波下不适用。

这个公式表明，在短波区(即紫外区)，辐射能力随着频率的增加而单调增加，最终趋于无穷大(下图红线)。

这比实验数据还要糟糕，所以这个荒谬的结论也被称为“紫外线灾难”。

瑞利-金斯曲线(红色)、韦恩曲线(蓝色)、普朗克曲线(绿色)

一个现象对应两个公式？

在经典力学时代，这是一个不可思议的悖论！

…

自17世纪牛顿力学建立以来，自然过程连续性的概念在物理学中根深蒂固，能量一直被认为是连续的。

而普朗克的父亲的老师莱布尼茨曾经说过，“自然界没有跳跃”。

“紫外线灾难”意味着整个经典物理学的“灾难”。

英国物理学家瑞利

普朗克是热力学的权威，所以他对黑体辐射的研究并没有像前辈那样从频率和温度入手，而是想以他擅长的熵和能量作为突破口。

但是，经过反复实验，结果还是和韦恩公式一样。

玻尔兹曼

无奈之下，他只好把注意力放在之前不认同的玻尔兹曼方法上。

而且他也隐约意识到，传统物理学的基础还是太窄，需要从根本上改革和拓展。

普朗克注意到，如果你认为原子间歇地而不是连续地发射和吸收能量。

换句话说，“粒子”的属性赋予了光的吸收和发射。

然后他可以用“插值”把韦恩公式和瑞利-珀金斯公式的正确部分结合起来，使辐射公式完整。

1900年10月19日，普朗克在德国物理学会的会议上，以“维恩位移定律的改变”为题，提出了一个由他重建的新的辐射公式。

当hv远小于kT时，这个公式就变成了瑞利-金斯公式。

当hv远大于kT时，就变成了维恩公式。

这个公式和实验值在任何情况下都没有区别。

普朗克黑体辐射公式

同年12月24日(历史上也被视为量子诞生日)，发表了关于正态谱能量分布规律的论文。

本文给出了由玻尔兹曼思想导出的黑体辐射公式。

即引人入胜的普朗克公式E=hv(其中E是单个量子的能量，V是频率，H是量子常数，后称为普朗克常数)。

普朗克在1901年

在论文中，他指出:“能量在辐射过程中不是连续的，而是以部分能量的形式存在”。

这无疑让整个经典物理大厦土崩瓦解，这是普朗克自己都难以接受的事实。

他说，在这篇论文发表前的几个月，他不顾一切地想要完成这个结论。

他想也许以后可以通过另一种解释来修复经典物理的殿堂。

他做到了。

确立量子论诞生的论文发出后，他一直想把自己的理论纳入经典物理学的结构中。

从1901年到1906年的6年间，他与自己的量子论作斗争，以至于没有取得什么新的成就。

普朗克(后排左二)在第一届苏威会议上，他的辐射定律在白板上。

他一直试图修改他的量子理论，以尽量减少其对经典物理学的损害。

但他越努力，答案越倾向于:大自然的运行不是连续的而是跳跃的，它必须像钟表中的秒针一样跳跃。

他就像一个被逼出来的革命者。他被经典物理学逼得走投无路，却不忍毁掉它。

就像一个虔诚的基督徒找到了上帝不存在的证据，心理冲击也不小。

玻恩在评价普朗克时写道:“天生，他是一个保守的人。他根本不知道什么是革命，但他惊人的逻辑推理能力让他不得不向事实认输”。

经过多年的得过且过，普朗克完全从面对自己中清醒过来。

在后来的演讲中，他开始自豪地宣称“量子假说永远不会从世界上消失”。

它打开了量子理论的大门，并为他赢得了1918年的诺贝尔物理学奖。

普朗克就像一个把火带到森林的人，然后量子革命的火就熊熊燃烧起来了。

1905年，爱因斯坦的代表作《论运动物体的电动力学》出版，宣告了狭义相对论的诞生。

虽然当时很少有人能看懂这篇论文，但也在物理学界引起了巨大的波澜。

后来在德国，出现了一个反对相对论的庞大机构，这个机构“批判”爱因斯坦。

当时普朗克是比爱因斯坦年长的学术权威，他成了相对论最早的资助人。

作为《德国物理学年鉴》的主编，普朗克不顾反对发表爱因斯坦的论文。

毕竟50多年前，这本刊物的主编拒绝发表迈耶关于能量守恒定律的文章。

此外，普朗克还给了爱因斯坦其他的帮助。

相信很多人都知道，爱因斯坦的讲课水平真的不敢恭维。

但是普朗克强烈支持爱因斯坦成为一名教授。

甚至在聘书中还特别写明:爱因斯坦被聘为柏林洪堡大学的讲座教授，不用上一节课。

普朗克已经可以算是德国最高学术权威了。

他一生受到人们的赞美和爱戴，死前他的头像被印在金币和邮票两个标记上。

但是，科学界的勤奋和敬业，并不能让他远离“悲”字。

他一生经历了德国的崛起和德国引发的两次世界大战的悲剧。

普朗克原本幸福的家庭，就像他的经典物理信仰一样，开始分崩离析。

1909年，普朗克的妻子因病去世。

他有四个孩子，大儿子死在凡尔登，两个女儿在第一次世界大战期间难产而死。

最大的不幸是二儿子，他几乎亲眼看到儿子死去，却无能为力。

第二次欧文在第一次世界大战期间被法国俘虏。

1944年参与720政变刺杀希特勒，被纳粹投入监狱。

当时普朗克几乎用尽了所有的力气，也没能救回他唯一活着的亲人。

1945年，欧文被绞死。

当时普朗克已经87岁了，心情不言而喻。

1905-1944年普朗克住所牌匾

也是在那一年，他在柏林的家在一次空袭击中被毁。

家里无数的书籍和毕生的研究成果也毁于一旦。

一时间，他失去了家，失去了亲人，只剩下一副病体。

尽管他拖着这个病床覆盖的身体，他去了英国伦敦。

参加因战争推迟四年的牛顿诞辰300周年纪念活动。

他是唯一被邀请的德国人，当时他仍致力于重建战后德国科学界的地位。

1947年10月4日，普朗克在哥廷根逝世，享年89岁。

在他的墓碑上，只有一块长方形的石头，上面刻着他的名字。

底部刻着他的普朗克常数——“H = 6.626196×10(-27)尔格·秒”

普朗克永远以另一种形式打动人类。