普朗克常數

2021-02-15 文達閱讀

當我們談到物理學的時候,就不得不提到三個偉大的物理學家。他們分別是:普朗克、霍金、愛因斯坦。普朗克的量子力學、愛因斯坦的相對論,以及統一了兩種理論的霍金。

我們都說量子力學是描述微觀世界結構、運動與變化規律的物理科學。它是20世紀人類文明發展的一個重大飛躍。從德國物理學家維恩通過熱輻射能譜的測量發現的熱輻射定理開始,到普朗克為了解釋熱輻射能譜提出了一個「在熱輻射的產生與吸收過程中能量是以hv(頻率為V的光子的能量)為最小單位,一份一份交換」的假設,再到愛因斯坦的光量子說,玻爾的原子量子理論。人們逐漸意識到除了經典物理理論,世界上還有量子力學理論。這是人類從未踏足過的領域。

德國著名詩人席勒曾說:「我們不知道20世紀會怎樣或者它會有什麼成就,但它之前的每個時代都致力於造就20世紀。」

那麼,在這其中普朗克假設是怎樣的呢?我們需要了解一個物理常量。那就是普朗克常數。

在物理學的基本常數中,有些是通過實驗觀測發現的,如真空中的光速 、基本電荷、磁常數 、電常數 等。也有一些是在建立相關定律、定理時被引入或間接導出的,如牛頓引力常數、阿伏伽德羅常數 、玻耳茲曼常數 等。而普朗克常數則是完全憑著普朗克的創造性智慧發現的。然而,它卻是物理學中一個實實在在的、具有重要意義的、神奇的自然常數。

普朗克常數記為h,是一個物理常數,用以描述量子大小。在量子力學中佔有重要的角色。普朗克在1900年研究物體熱輻射的規律時發現。只有假定電磁波的發射和吸收不是連續的,而是一份一份地進行的,計算的結果才能和試驗結果是相符。這樣的一份能量叫做能量子,每一份能量子等於hV,V為輻射電磁波的頻率,h為一常量,被叫為普朗克常數。

在量子化概念的基礎上,海森伯和薛丁格分別創立了矩陣形式的量子力學和波動形式的量子力學。在他們的創立過程中,普朗克常數起了至關重要的作用。海森伯是通過泊松括號的變換將普朗克常數引入,才建立矩陣形式的量子力學理論的。而薛丁格也是通過算符將普朗克常數引入,從而建立了波動形式的量子力學理論的。

海森伯的矩陣力學與薛丁格的波動力學在本質上是等價的,只是處理問題的方式不同。無論是海森伯通過泊松括號的變換,還是薛丁格通過算符的作用,最終都是巧妙地將普朗克常數引入才建立了量子力學理論。可見不論是量子化概念的提出還是量子力學的建立都與普朗克常數緊密相關,因此說普朗克常數是量子論的基石和靈魂

普朗克常數是由德國物理學家馬克斯・普朗克提出來的。馬克斯・普朗克(1858年4月23日-1947年10月3日)普朗克是量子力學的創始人,量子物理學家,與愛因斯坦並列稱為二十世紀最重要的兩大物理學家。因發現能量量子而對物理學的進展做出了重要貢獻,並在1918年獲得諾貝爾物理學獎。

普朗克出身高貴,愛好廣泛,喜歡彈鋼琴、管風琴和大提琴。他甚至還為慕尼黑學生學者歌唱協會作曲。或許他可以選擇一輩子與他所愛的音樂打交道,但是命運為他選擇了屬於他的輝煌,因為他獨一無二的物理推理天賦。命運是明智的,這世界上或許少了一個音樂家,卻因此使20世紀的科學界更加星光璀璨,而他是漫天星光中不可或缺的閃耀。

1947年10月4日,普朗克在哥廷根逝世,享年89歲。而他的墳墓上只有一塊長方形的石頭,上面刻著他的名字。底部刻著屬於他的普朗克常數——「h=6.626196×10^(-27)erg·s」,以此來紀念他的卓越貢獻。

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