AL123 人文社科文学 2022-07-23

物理原来很有趣 : 李淼的30堂物理课（文津图书奖获得者、著名理论物理学家李淼全新力作,以有趣的方式梳理解物理学里不能错过的公式定理，还有关于物理学家的奇闻轶事，让你再聊起牛顿定律、量子力学、薛定谔的猫、引力波等知识点时，干货满满，有料又有趣。）_AZW3_MOBI_EPUB_李淼

内容节选

第11课量子的猜测：普朗克量子假设从本堂课开始，我们要用14堂课来讲量子力学及其应用。量子力学的第一堂课，当然是关于量子论的开山鼻祖普朗克的。那么，普朗克到底做了什么呢？他认为，光里面的能量是一份一份的。什么意思呢？比如，我们可以说水波的能量可大可小，波浪小的时候，它的能量小，波浪大的时候，它的能量大。而且，波浪的能量从0到无限大，中间是连续的。光也是波，这个事实在19世纪初就被物理学家发现了。因此，我们想当然地认为，光的能量和波浪一样，也是从0到无限大且连续不断的。普朗克却说，不对，光的能量是一份一份的。比如，你打开激光笔，激光的波长或者频率是固定的。普朗克的发现告诉我们，这个激光的能量有一个最小的部分，这部分的能量与激光的频率成正比，系数就是普朗克常数。当然，普朗克常数非常小，因此，一个光子的能量也非常小。聪明的你很快就会推导出，激光的能量就是最小能量的整数倍。没错，你的推导是正确的。不过，普朗克在1900年左右就推导出这个结论了。接下来，我们说说普朗克是如何推导出这个结论的，以及这个结论的具体意义是什么。回顾一下玻尔兹曼的统计力学，任何气体都是由分子或者原子构成的，玻尔兹曼发现了其中的一个重要规律，即物体中分子的能量和物体本身的温度是成正比的。 19世纪末20世纪初，物理学家们想把玻尔兹曼的理论应用到光的研究领域。我们知道，1888年，赫兹用实验证明了电磁波的存在。所以，19世纪末20世纪初的科学家们想要对光，也就是对电磁波具有的能量进行研究。太阳光照射到地球上有固定的能量。太阳的表面温度大约有6000℃，因此太阳发出的光的温度也是6000℃左右。如果把太阳光和地球上的光做类比，就会知道地球上的光也有温度。比如，我们将一个炉子里的火点燃，并把炉子密封起来，那么它里面就会产生光。当这些光的能量和燃烧的物体之间取得一个平衡时，就有了温度，就像太阳光一样。这个时候，物理学家们就想把麦克斯韦的理论和玻尔兹曼的分子原子理论结合起来。他们设想：如果给气体设定一个温度，能够计算出它包含多少能量，那么给光和电磁波设定一个温度，应该也能计算出它有多少能量。当物理学家们把这个公式应用到麦克斯韦理论中时，发现这个能量是无限大的。当然，如果一个物体有无限大的能量，这倒是一件好事，因为这样我们就会有取之不竭的能源。但事实是，没有一个物体有无限大的能量。那么，物......