什么是普朗克黑体辐射实验?

普朗克 德国物理学家.1900年为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难,创立了物质辐射(或吸收)的能量只能是某一最小能量单位(能量量子)的整数倍的假说,即量子假说,对量子论的发展有重大影响.在热力学和统计物理学方面,如关于热力学定律的表述、非平衡态理论等,都有一定贡献.
一、生平简介
普朗克M.(Max Planck1858～1947)近代伟大的德国物理学家,量子论的奠基人.1858年4月23日生于基尔.1867年,其父民法学教授J.W.von普朗克应慕尼黑大学的聘请任教,从而举家迁往慕尼黑.普朗克在慕尼黑度过了少年时期,1874年入慕尼黑大学.1877～1878年间,去柏林大学听过数学家K.外尔斯特拉斯和物理学家H.von亥姆霍兹和G.R.基尔霍夫的讲课.普朗克晚年回忆这段经历时说,这两位物理学家的人品和治学态度对他有深刻影响,但他们的讲课却不能吸引他.在柏林期间,普朗克认真自学了R.克劳修斯的主要著作《力学的热理论》,使他立志去寻找象热力学定律那样具有普遍性的规律.1879年普朗克在慕尼黑大学得博士学位后,先后在慕尼黑大学和基尔大学任教.1888年基尔霍夫逝世后,柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人(先任副教授,1892年后任教授)和理论物理学研究所主任.1900年,他在黑体辐射研究中引入能量量子.由于这一发现对物理学的发展作出的贡献,他获得1918年诺贝尔物理学奖.
自20世纪20年代以来,普朗克成了德国科学界的中心人物,与当时德国以及国外的知名物理学家都有着密切联系.1918年被选为英国皇家学会会员,1930～1937年他担任威廉皇帝协会会长.在那时期,柏林、哥廷根、慕尼黑、莱比锡等大学成为世界科学的中心,是同普朗克、W.能斯脱、A.索末菲等人的努力分不开的.在纳粹攫取德国政权后,以一个科学家对科学、对祖国的满腔热情与纳粹分子展开了,为捍卫科学的尊严而斗争.1947年10月4日在哥廷根逝世.
二、科学成就
①普朗克早期的研究领域主要是热力学.他的博士论文就是《论热力学的第二定律》.此后,他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究.
②提出能量子概念
普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式,创立能量子概念.
19世纪末,人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候,出现了著名的所谓“紫外灾难”.虽然瑞利、金斯(1877—1946)和维恩(1864—1928)分别提出了两个公式,企图弄清黑体辐射的规律,但是和实验相比,瑞利-金斯公式只在低频范围符合,而维恩公式只在高频范围符合.普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究.他经过几年艰苦努力,终于导出了一个和实验相符的公式.他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文,题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式.12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告.在这个报告中,他激动地阐述了自己最惊人的发现.他说,为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍.这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν.其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,现在叫做普朗克常数.普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”.1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作,为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础.
三、趣闻轶事
①启蒙老师
普朗克走上研究自然科学的道路,在很大程度上应该归功于一个名叫缪勒的中学老师.普朗克童年时期爱好音乐,又爱好文学.后来他听了缪勒讲的一个动人故事：一个建筑工匠花了很大的力气把砖搬到屋顶上,工匠做的功并没有消失,而是变成能量贮存下来了；一旦砖块因为风化松动掉下来,砸在别人头上或者东西上面,能量又会被释放出来,……这个能量守恒定律的故事给普朗克留下了终生难忘的印象,不但使他的爱好转向自然科学,而且成为他以后研究工作的基础之一.
②“普朗克行星”
普朗克进入科学殿堂以后,无论遇到什么困难,都没有动摇过他献身于科学的决心.他的家庭相继发生过许多不幸：1909年妻子去世,1916年儿子在第一次世界大战中战死,1917年和1919年两个女儿先后都死于难产,1944年长子被希特勒处死.但是普朗克总是用奋发忘我的工作抑制自己的感情和悲痛,为科学做出了一个又一个重要的贡献.
他一生发表了215篇研究论文和7部著作,其中包括1959年所著的《物理学中的哲学》一书.
在普朗克诞辰80周年的庆祝会上,人们“赠给”他一个小行星,并命名为“普朗克行星”.1946年他虽然体弱,但却非常高兴地出席了皇家学会的纪念牛顿的集会.
③墓碑号刻着他的名和h的值
普朗克为人谦虚,作风严谨.在1918年4月德国物理学会庆贺他60寿辰的纪念会上,普朗克致答词说：“试想有一位矿工,他竭尽全力地进行贵重矿石的勘探,有一次他找到了天然金矿脉,而且在进一步研究中发现它是无价之宝,比先前可能设想的还要贵重无数倍.假如不是他自己碰上这个宝藏,那么无疑地,他的同事也会很快地、幸运地碰上它的.”这当然是普朗克的谦虚.洛仑兹在评论普朗克关于能量子这个大胆假设的时候所说的话,才道出了问题的本质.他说：“我们一定不要忘记,这样灵感观念的好运气,只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到.”
1947年10月3日,普朗克在哥廷根病逝,终年89岁.德国*为了纪念这位伟大的物理学家,把威廉皇家研究所改名叫普朗克研究所.
普朗克的墓在哥庭根市公墓内,其标志是一块简单的矩形石碑,上面只刻着他的名字,下角写着：h=6.62×10-27尔格·秒.