為了解決這個理論和實驗不符的問題,大名鼎鼎的德國物理學家馬克斯·普朗克(Max Planck)
在1900年提出了一個令人非常意外的假設。他說,頻率為v的電磁輻射的能量,以hv為單位(h是普朗克常數)不連續的變化,這其中的hv稱為能量子或光量子。
事實上,h的出現,就預示著量子力學的誕生。換句話說,一旦理論裡面出現了h這個常數,它就是一個量子的理論了。所以,h的值,具有非常重要的意義。人們對h進行了許多測量,經過物理學家的分析和篩選,提出了下面這個實驗推薦值:
h = 6.62607004 × 10-34 Js
注意它的量綱,焦耳·秒,從hv = 能量來看,其實應該是焦耳/赫茲,實際上是一樣的。這個值雖然精確,但是很難記,因此人們往往記錄另外一個和普朗克常數相關的普適值,也就是將普朗克常數乘以光速,hc。
hc ≈ 1.24meVmm = 1.24eVμm
也就是1.24毫電子伏毫米,或者是1.24電子伏微米。這意味著能量是1個毫電子伏的光子(速度為c),它的波長就是1.24毫米。因為hv = 1meV,兩邊同時乘以波長λ,就是hvλ = 1meVλ,而λv = c,也就是hc = 1.24meVmm = 1meVλ,。得到波長λ就是1.24毫米。
大家應該注意的是,能量越高的波,它的頻率也就越高,它的波長也就越短(假設我們討論的都是以光速c傳播的波)。
由普朗克假設,就可以導出下面的普朗克公式:
在這裡的kB是玻爾茲曼常數。hv就是光量子的能量。我們把這個公式和實驗結果進行比較的話,會發現它和實驗結果是完全符合的。並且在低頻的情況下,也就是hv遠小於kBT,它就將退化為瑞利金斯公式。
而在高能情況下,也就是hv遠大於kBT,普朗克公式就將退化為維恩公式:
玻爾茲曼常數kB在物理學當中也有非常重要的角色。它的測量值是
kB = 1.3806488*10-23JK-1
注意它的量綱,因為它乘以溫度等於能量,因此它的量綱是焦耳/開爾文。
它也很難記,我們令T = 300K的時候,也就是室溫27攝氏度的時候,kBT = 1/40eV。