33二十三年似梦中(2 / 3)

作品:《重生,然后成为大科学家

就像“真空中的球形鸡”那样,黑体也是一种理想化的材料,无论是任何频率的热辐射,都能被它完全吸收,没有任何的反射。

同时,黑体也能通过自身的热辐射与所处的环境达成热平衡,既保持同一温度。

黑体对外的热辐射强度,只会和频率、温度有关,而与黑体本身的材料没有关系。

所以只要给定了一个温度,那么黑体辐射在每个频率上的辐射强度都是一定的,于是就可以在坐标系中画出来一条普适的“辐射强度-频率”曲线。

在基尔霍夫提出这个问题后的几十年时间里,德国的物理学家们,一直都把黑体辐射当成了一个重要的课题进行研究。

1893年,柏林洪堡大学的威廉·维恩,在实验基础上总结出了一个经验公式,可以很好地拟合当时得到的实验数据。

几年后,基尔霍夫的学生,刚刚接任了老师在柏林洪堡大学的教职的普朗克年方四十,脑瓜顶上的头发还没有完全掉光。

他给维恩的这个经验公式,赋予了一种热力学上的理论解释,所以这个公式在某一段时间之内,就被称为了“维恩-普朗克定律”。

1899年,普朗克甚至在德国物理学会的一次会议上夸下海口,说以他和维恩教授名字命名的这个定律,其实与热力学第二定律等价。

如果维-普定律出了问题,那么整个热力学体系也会遇到大麻烦。

可是普朗克的这番大话,连一年的时间都没有撑过去。

第二年十月份的某一天,柏林工业大学的海因里希·鲁本斯到普朗克家做客,作为实验物理学家的他向普朗克透露,他们已经把黑体辐射的实验,做到了频率更低的远红外波段,但得到的数据和维-普定律所预测的结果相差极大。

听了鲁本斯的一番话,普朗克深感兹事体大,他钻进自己的书房,对着鲁本斯带来的新数据,整整研究了一晚上,然后发现其实只要对维-普定律在数学形式上稍作修改,就能很好地拟合这条新的实验曲线。

但这都不是关键,关键是普朗克已经把大话说了出去,他现在修改了这个曾经被自己认为牢不可破的定律,也就意味着热力学大厦出现了问题。

几天之后,鲁本斯在德国物理学会的又一次会议上,公布了那些和维-普定律偏差颇多的实验数据。

这让普朗克也不得不在会议上起身道歉,说自己之前说过的话可能并不准确。

然后他话锋一转,向在场的物理学界同仁,展示了那天晚上他在书房得出的新公式,这次和实验数据对应得几乎是天衣无缝。

因为当时仍是实验为王的年代,这个新公式又实在是过于完美,所以在场的物理学家们,并没有纠结普朗克的这个新公式有没有理论基础,到底从何而来。

自此之后,这个新公式改叫“普朗克定律”,而之前的维-普定律,则又悄悄改回了原本的“维恩公式”这个名称,就好像之前发生过的一切,都和普朗克没有任何关系。

但自认为是一名理论家的普朗克,对他得到这个公式的过程十分不满意。

因为他是在已知实验结果的情况下倒推、拟合、拼凑之后猜出的结论,完全就是一种作弊。

又经过了几个月的思考之后,普朗克终于给出来了一个至少算是数学上的推导过程。

他为黑体辐射时规定了一个只和频率ν成正比的能量最小值(ε=hν),并且把这个能量最小值,叫做“能量子”。