文|环宇通史

编辑|环宇通史

前言

马克斯-普朗克，1858年4月23日出生在德国基尔，是一位杰出的物理学家，他的开创性工作彻底改变了我们对物质和能量的基本性质的理解。他最著名的是他对量子理论的开创性表述，这从根本上改变了物理学领域，并为现代量子力学的发展奠定了基础。

马克斯-普朗克出生在一个学术家庭。他的父亲约翰-朱利叶斯-威廉-普朗克是一位宪法学教授，而他的母亲艾玛-帕齐格来自一个神学家家庭。尽管有法律和神学的家庭背景，普朗克从小就对物理学产生了热情。他的兴趣是由古斯塔夫-基尔霍夫和赫尔曼-冯-亥姆霍兹等著名物理学家的讲座引发的，他在中学时代就参加了这些讲座。

马克斯·普朗克作为杰出的物理学家，他的研究对后世有何贡献?

背景信息

完成中学教育后，普朗克最初追求的是音乐事业，学习钢琴和作曲,他对物理学的热爱最终占了上风，他决定将重点转向科学追求。1874年，他进入慕尼黑大学，在那里他开始了正式的物理学教育。

当普朗克在著名物理学家菲利普-冯-乔利的指导下攻读博士学位时，他的科学生涯开始起飞。1879年，他以一篇关于热力学第二定律的论文获得博士学位。这项早期的研究让人看到普朗克对热力学领域日益浓厚的兴趣，这个主题将在他后来的工作中发挥重要作用。

在接下来的几年里，普朗克开始了一系列的研究工作，巩固了他作为顶尖物理学家的声誉,他对物理学的各个分支做出了巨大贡献，包括热力学、电磁理论和辐献。然而，他最具革命性的工作是他对黑体辐射的理论解释。

在20世纪之交，黑体辐射现象对物理学家提出了重大挑战,经典的电磁学和统计力学理论未能解释观察到的由理想化黑体发射的辐射光谱。1900年，普朗克对这个问题提出了一个根本性的解决方案。

普朗克的革命性想法，现在被称为普朗克的量子假说，是基于能量是量化的假设，意味着它只能以离散的数据包或 "量子 "存在。他假设，一个振动振荡器的能量，如黑体中的原子，是量化的，只能采取某些离散的值。这标志着与经典物理学的不同，经典物理学假设连续的能量水平。

为了描述这些量子的能量，普朗克引入了一个现在以他的名字命名的基本常数：普朗克常数。这个常数通过公式E=hf将量子的能量与它的频率联系起来，其中E是能量，f是频率。这一突破性的见解不仅解决了黑体辐射的问题，也为量子理论的发展奠定了基础。

普朗克的量子假说对我们理解微观世界有着深远的影响,它挑战了普遍存在的连续能量传递的观点，标志着与依赖决定性规律的经典物理学的背离。相反，普朗克的理论引入了对自然界的概率性描述，粒子和能量的行为变得本质上不确定。

普朗克的量子理论的影响是革命性的，它为量子力学的发展铺平了道路，这个物理学的分支将改变我们对物质、能量和宇宙基本规律的理解。

生平经历

完成中学教育后，普朗克最初追求的是音乐事业，学习钢琴和作曲。他对物理学的热情使他改变了自己的重心。1874年，他进入慕尼黑大学，在那里他开始了正式的物理学教育。在大学期间，普朗克在古斯塔夫-基尔霍夫和赫尔曼-冯-亥姆霍兹等有影响力的物理学家手下学习，他们在塑造他的科学思想方面发挥了重要作用。

当普朗克在著名物理学家菲利普-冯-乔利的指导下攻读博士学位时，他的科学生涯获得了动力。1879年，他获得了博士学位，提交了一篇关于热力学第二定律的论文，这暗示了他未来在热力学领域的兴趣。

在接下来的几年里，普朗克开始了一系列的研究工作，牢固地建立了他作为一个领先物理学家的声誉。他对物理学的各个分支做出了重大贡献，包括热力学、电磁理论和辐射。然而，他最具突破性的工作是对黑体辐射的理论解释。

在20世纪之交，物理学家面临着理解黑体辐射这一令人困惑的挑战，黑体辐射是一个理想化物体在特定温度下发出的电磁辐射。经典的电磁学和统计力学理论未能解释观察到的黑体辐射的光谱。1900年，普朗克为这个难题提出了一个根本性的解决方案,他提出了一个革命性的想法.

即普朗克的量子假说，该假说认为能量是量化的，只能以离散的数据包或 "量子 "存在,普朗克提出，一个振动振荡器的能量，如黑体中的原子，只能采取某些离散的数值，而不是像经典物理学所建议的那样连续可变。

为了从数学上描述这些量子的能量，普朗克引入了一个基本常数，现在被称为普朗克常数。这个常数通过公式E=hf将量子的能量与它的频率联系起来，其中E代表能量，f代表频率。这一深刻的见解不仅解决了黑体辐射之谜，而且还为量子理论的发展奠定了基础。

主要成就

普朗克最重要的成就之一是提出了量子假说，这永远改变了物理学的面貌,1900年，普朗克在研究黑体辐射问题时提出，能量是量化的，只能以离散的数据包或 "量子 "形式存在。这一革命性的概念挑战了普遍存在的假设能量连续传输的经典理论。

普朗克提出了现在被称为普朗克常数（表示为h）的基本常数，以数学方式描述这些量子的能量。这一突破性的见解为解释观察到的黑体辐射光谱提供了一个理论框架，解决了物理学中一个长期的挑战。

量子假说对我们理解微观世界有着深远的影响,它为量子力学的发展奠定了基础，量子力学是物理学的一个分支，描述粒子和能量在量子水平上的行为。概率原则的引入和对测量的内在不确定性的认识成为量子理论的核心原则，改变了我们对支配宇宙的物理规律的看法。

马克斯-普朗克的另一项重大成就是他提出的普朗克定律，该定律准确地描述了黑体所发射的能量分布。普朗克定律提供了一个与实验数据精确匹配的数学表达，证实了他的量子假说的有效性。

通过结合他的量子理论和经典热力学，普朗克得出了一个方程，描述了黑体辐射的光谱能量密度是温度和频率的函数。这一不朽的成就不仅解决了黑体辐射这一长期存在的问题，而且还巩固了量子理论的基础。

普朗克定律的发展标志着我们在原子和亚原子水平上对辐射和物质行为的理解发生了范式转变。它表明，物质和电磁辐射之间的能量交换是以离散单位进行的，进一步证实了物理世界的量子性质。

马克斯-普朗克提出的普朗克常数作为自然界的基本常数，在量子力学的发展中起了关键作用。普朗克常数将一个量子的能量与它的频率联系起来，确立了量子领域中物质和能量之间的基本关系。

普朗克常数不仅是一个基本常数，也是量子力学的一个基本工具,它能够计算量子系统的能级、概率和转变率。普朗克常数已经成为量子力学数学公式的一个组成部分，塑造了我们对粒子行为和物理现象的量化性质的理解。

普朗克常数在波粒二象性概念中也发挥了至关重要的作用，该概念指出，粒子既表现出波状特性，也表现出粒状特性。普朗克常数代表了一个粒子的位置和动量可以同时知道的基本极限，正如海森堡不确定性原理所描述的那样。这一原理植根于普朗克常数，对某些物理特性的测量精度施加了基本限制。

马克斯-普朗克的开创性贡献在科学界和物理学领域留下了不可磨灭的印记,他的量子假说和随后的量子力学的发展彻底改变了我们对物理世界的理解，为描述原子和亚原子水平的现象提供了一个全面的框架。

影响

普朗克常数，表示为h，成为量子力学的一个基石。这个基本常数代表了一个量子的能量（E）和它的频率（f）之间的关系，用公式E = hf表示。普朗克常数能够计算量子系统的能级、概率和转变率，在量子力学的数学表述中起着至关重要的作用。

普朗克常数的引入导致了对波粒二象性的认识，即粒子同时具有波状和粒状特性,普朗克常数设定了一个基本极限，即一个粒子的位置和动量可以同时知道，正如海森堡不确定性原理所描述的那样。这一原理植根于普朗克常数，对某些物理特性的测量精度施加了基本限制。

普朗克常数在理解原子中电子的行为和原子系统中能量水平的量化方面也起着核心作用,它为能量转换和光谱线的计算提供了基础，使人们能够预测和解释原子和分子物理学的实验结果。

马克斯-普朗克的另一个有影响力的贡献是他提出的普朗克定律，它准确地描述了黑体发射的能量分布。普朗克定律提供了一个与实验数据精确匹配的数学表达，证实了他的量子假说的有效性。

结语

普朗克定律证明了物理世界的量子性质，为理解原子系统的能量量化铺平了道路,它为光谱学的进一步发展奠定了基础，使原子和分子光谱的识别和分析成为可能，并为物质的结构和行为提供了关键的见解。

马克斯-普朗克的影响远远超出了他自己的时代，他塑造了现代物理学的发展轨迹，并激励了后来的几代物理学家。他的量子假说彻底改变了科学思维，为量子力学的发展奠定了基础，而量子力学至今仍是物理学中最成功和最广泛的测试理论之一。

参考文献

【1】《物理学史》 郭奕玲、沈慧君 清华大学出版社 2005年08月

【2】《物理学》邵建华,韦相忠 上海科学技术出版社 2018年

【3】《物理学》郝炳金 化学工业出版社 2017年