量子力學1.1.2 普朗克假說

2021-03-01 林向學

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。

相關焦點

  • 量子力學究竟對風華正茂的普朗克做了什麼?
    馬克斯·普朗克馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克(德語:Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858年4月23日—1947年10月4日),出生於德國荷爾施泰因,德國著名物理學家
  • 普朗克假設|走進量子力學(2)
    馬克斯-普朗克為了定量描述某物體在一定溫度下發出的能量隨波長的分布,引入「色輻射本領」(也叫單色輻出度)的概念。1、斯忒藩-玻耳茲曼定律黑體輻射的總輻射本領(也叫輻射出射度)?黑體的總輻射本領隨溫度的升高而急劇增加。2、維恩位移定律在任意溫度下,黑體的輻射本領都有一個極大值,這個極大值對應的波長用λm表示,稱為峰值波長。
  • 量子力學創始人普朗克,一開始不相信自己發現的理論
    導讀:本章摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》。此文旨在幫助大家認識我們身處的世界。世界是確定的,但世界的確定性不是我們能把我的。不管你信不信,量子力學創始人普朗克一開都不敢相信自己的理論!這值得我們深思。
  • 量子之父——普朗克
    他把自己的量子假說稱為狐注一擲」的辦法。也就是說,只是在實驗事實的通迫下,他才終於「上了梁山」。因此,人們常說他是一個「不情願的革命者」普朗克很早就投入到對黑體輻射的探索,在用經典物理理論無論如何都解付經典物釋不了採索結果的情況下,他對理理論進行了否定,提出嶄新的量子假說新概念,並據之得出了公式,把輻射能量與輻射光譜統一了起來,解決了黑體輻射問題普朗克的量子假說認為,輻射是由一份份的能量組成的,就像物質是由一個個原子組成的樣。輻射中的一份能量即是一個量子。
  • 文化名人普朗克與量子力學,將兩個半經驗公式組合成普朗克公式
    文化名人普朗克與量子力學,將兩個半經驗公式組合成普朗克公式量子論這個概念是德國著名的物理學家普朗克提出來的。普朗克少年時就酷愛科學和藝術,中學畢業後,對於本活道路的選擇舉棋不定,究竟是為物理學奮鬥終身呢,還是獻身於音樂王國?
  • 量子力學1.3.1 德布羅意的物質波假說
    量子力學的第三個歷史淵源,就是德布羅意的物質波假說。
  • 量子力學入門1
    量子力學是許多物理學分支的基礎,包括電磁學、粒子物理、凝聚態物理以及宇宙學的部分內容。量子力學也是化學鍵理論、結構生物學以及電子學等學科的基礎。量子力學主要是用來描述微觀下的行為,所描述的粒子現象無法精確地以經典力學詮釋。
  • 普朗克提出能量量子化,標誌著量子時代的開始
    ,德國著名物理學家、量子力學的重要創始人之一。三.愛因斯坦光子量子假說由於受普朗克的啟發,愛因斯坦於1905年提出,在這個學說以後就叫光量子假說。光子說還認為每一個光子的能量只決定於光子的頻率,例如藍光的頻率比紅光高,所以藍光的光子的能量比紅光子的能量大,同樣顏色的光,強弱的不同則反映了單位時間內射到單位面積的光子數的多少。四.普朗克黑體輻射定律關於黑體輻射,說起來太複雜,簡單地說,就是用熱力學原理對黑體輻射無法統計。
  • 愛因斯坦對量子力學的四大貢獻
    愛因斯坦的相對論開創了物理學的新紀元,但愛因斯坦對量子力學的貢獻卻並非所有人都理解 愛因斯坦無疑是20世紀最偉大的科學家,他的相對論開創了物理學的新紀元。但愛因斯坦對量子力學的貢獻卻並非所有人都理解,甚至有人認為愛因斯坦是極力反對量子力學的。那麼,愛因斯坦對量子力學的貢獻究竟有哪些?
  • 愛因斯坦、玻爾和量子力學
    5年以後的1905年,愛因斯坦指出,電磁波本身就是由一份一份的量子組成的,叫做光量子。20年後被簡稱為光子。這是愛因斯坦本人唯一自稱具有革命性的工作。這與普朗克的量子假說並不一樣,就好比,普朗克說,從水缸裡舀水時,一勺一勺地舀;而愛因斯坦說,水本來就是由一勺一勺組成的,不存在半勺水的概念。
  • 什麼是量子力學?愛因斯坦起到什麼作用,量子力學就在我們身邊
    一直存在爭議,對於大部分人來說,聽到關於量子力學的事,估計就是這一句梗了吧:遇事不決,量子力學,解釋不通,穿越時空從這一句話裡不難看出量子力學對於現在的我們是一個很高深,很難懂的學科。那麼量子力學究竟是什麼樣的呢?
  • 什麼是量子力學?
    量子力學是物理學中與非常小的物理學分支。它產生了一些關於物質世界的非常奇怪的結論。在原子和電子的尺度上,許多經典力學方程,描述事物在日常大小和速度下移動的方式,不再有用。在經典力學中,對象存在於特定時間的特定位置。然而,在量子力學中,物體卻存在於概率的陰霾中;它們有一定的機會在A(愛麗絲)點,另一個機會是在B(鮑勃)點等等。
  • 量子力學那點事長路漫漫之三:黑體輻射——普朗克的重大發現
    說起普朗克,就不由得要祭出這張圖。 物理學家們都喜歡理想狀態,這是物理學的一個優良傳統,例如牛頓爵爺在理想狀態 下提出了牛頓力學,克拉伯龍提出了理想狀態下的氣體方程,那麼這個輻射也應該由一個理想狀態,這個理想狀態就是黑體。 理想黑體比黑洞還黑,霍金說黑洞還輻射點東西呢,而理想黑體只吸收不輻射,那麼黑體的輻射規律是怎麼樣的呀。
  • 量子力學是描述微觀物質的理論
    量子力學是描寫原子和亞原子尺度的物理學理論 [1] 。該理論形成於20世紀初期,徹底改變了人們對物質組成成分的認識。物理學中有些怪異的概念,諸如糾纏和不確定性原理,就源於量子力學 [1] 。自然界是否真有隨機性還是一個懸而未決的問題,對這個鴻溝起決定作用的就是普朗克常數,統計學中的許多隨機事件的例子,嚴格說來實為決定性的。在量子力學中,一個物理體系的狀態由波函數表示,波函數的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態。
  • 量子力學3:黑體輻射和紫外災難,普朗克小心推開量子力學大門
    在1900年以前普朗克並不像麥克斯韋、瑞利一樣有名,但他是一個本本分分的大學教授,主要研究熱力學,當時的教授都是很厲害的。實際上在維恩提出公式之前,普朗克就一直在研究黑體輻射這個事兒,還有史料記載維恩和瑞利他們兩個能夠提出自己的公式和普朗克做的鋪墊有很大關係。
  • 量子理論之父——普朗克,顏值爆表,還獲諾貝爾獎
    馬克斯·普朗克(英文名:Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858年4月23日-1947年10月4日)出生於德國荷爾施泰因,畢業於柏林大學,德國著名物理學家、量子力學的重要創始人之一。圖片來源:高品圖像1900年,普朗克提出了物質中振動原子的新模型。
  • 量子力學能解答很多問題,但在普朗克長度的世界,卻產生了漏洞
    就必須打破現有的量子力學理論,構築新的體系。10-35米的規模被稱作「普朗克尺度」。它究竟有多小呢?這裡給大家一個基本概念。現在的基本粒子物理學能涉及的尺寸是10-17米,如果我們以超出科學的技術將其擴大至1米的話,擴大率為10-17倍。那麼,如果將原子核擴大到100米的話,原子將達到10萬千米左右,而地球尺寸約12742千米,這是比地球還大的尺寸了。
  • 量子力學,生日快樂!快來看看量子史上的四大神獸吧!
    1900年12月14日,普朗克得出了黑體輻射定律的理論推論,他使用了此前曾被他所否定的奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼的統計力學,儘管此前他厭惡這種用純統計得出來的觀點,但是科學中存在真理,不存在喜歡和厭惡。
  • 真懂科學的人,會對你這樣講量子力學
    網絡上,一提到量子力學的科學性就會惹來很多質疑,然而真正稱得上科學質疑的,在學術圈內幾乎沒有。當然了,這是在把弦理論排除在外的前提下,因為老郭也是弦理論的質疑者。為什麼圈內和圈外會有這麼大的反差,量子力學中究竟有哪些人神共憤的東西,就是本文要與諸君探討的問題。
  • 世界不是連續的:普朗克首次提出量子概念,動搖了經典力學的根基
    量子講堂第十二期:世界不是連續的,普朗克首次提出量子概念,動搖了經典力學的根基為了讓大家更好的理解世界不是連續的及量子等相關概念,這篇文章會採用較為通俗的語言為大家講解,儘可能少使用讓大家頭疼的數學公式。