普朗克：量子论的奠基人

量子论的奠基人——普朗克

马克斯·普朗克(1858年—1947年)是德国理论物理学家，量子论的奠基人之一。1858年4月23日，普朗克生于基尔，少年时代在慕尼黑度过。在中学时，他热爱劳动，责任心强，聪慧勤奋，成绩单上的评语是“尽管在班里年龄最小，但头脑非常清醒而又逻辑性强”，有条不紊、一丝不苟是他一生的作风。

1874年，普朗克进入慕尼黑大学学习，1878年毕业，次年获该校哲学博士学位。1880年—1885年，在慕尼黑大学任教，1885年—1888年，在任基尔大学教授《理论物理》。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。由于1900年他在黑体辐射研究中引入能量量子，荣获1918年“诺贝尔物理学奖”。

普朗克早年的科学研究领域主要是热力学，他以热力学的观点对物质聚集态的变化、气体和溶液理论等进行了研究。不久，普朗克了解到美国物理学家吉布斯早已做过这方面的工作，于是便把注意力转向黑体辐射问题。1893年—1896年，维恩发表了他的对黑体辐射的研究成果，提出一个辐射密度P的分布公式，即维恩公式。这个结果为当时的实验所证实，但只有波长较短、温度较低时才适合，而且立论的根据是通过与麦克斯韦分子速率几率分布律类比而得的，不能完全令人信服。于是，普朗克从1896年开始研究热辐射的能量分布问题。

普朗克想到一个特别有意义的问题:为什么理想黑体的光谱竟像万有引力一样与物质成分的化学性质无关?这里是否隐藏着更普遍的规律?他说:“这个所谓的正常能量分布代表着某种绝对的东西，既然在我看来，对绝对的东西所作的探求是研究的最高形式，因此，我就劲头十足地致力于解决这个问题了。”他独创性地将熵这个基本概念引入振子、电磁波能量分布等问题中，认为黑体辐射的能量分布是最稳定即熵值最大的分布。1900年6月，瑞利根据黑体空腔内形成驻波及能量均分原理导出另一黑体辐射公式，其中的系数经金斯修正，在长波部分与实验很符合，即瑞利－金斯公式。普朗克由此受到启发，利用内插法得出他的新公式，并于1900年10月19日在柏林德国物理学会提出报告《维恩辐射定律的改进》，第二天一早鲁本斯(H．Rubens，1865年—1922年)就告诉他，这一公式与自己已做的实验数据十分相符。普朗克没有满足于“侥幸揣测出来的内插公式”，而是“致力于找出这个等式的真正的物理意义”。最后他终于接受了玻耳兹曼关于熵的统计诠释，找到了S= klnW这一重要的普适公式，它代表了宏观态与微观态的结合，即所有微观态的总组合是分立的集合，即必须假定物质辐射的能量E是不连续的，是一份份出现的，只能是某一最小能量单位e的整数倍，这样就可以解释他推导出来的绝对黑体辐射的能量分布公式。1900年12月14日，普朗克在德国物理学会宣读了《关于正常光谱的能量分布定律的理论》，总结了上述理论，这一天成了量子论的诞生日。

当时普朗克对能量子e= hy的作用还不够重视，他后来谈到“企图使基本作用量子与经典理论调和起来的这种徒劳无功的打算，我持续了很多年(直到1915年)”。普朗克关于辐射系统与辐射场间不连续的量子交换概念，打破了经典物理学的框架，掀起了本世纪物理学革命的风暴，从而开辟了一个新纪元。(www.xing528.com)

在“相对论”方面，普朗克也作出了贡献，他是最先理解和支持相对论的物理学家之一。1906年，他导出了相对论动力学方程，得出电子能量和动量的表达式，从而完成了经典力学的相对论化。1906年，他引入了“相对论”这个术语，1907年，在“狭义相对论”的框架内推广了热力学。

自20世纪20年代以来，普朗克成了德国科学界的中心人物，与当时国际上的知名物理学家都有着密切联系。1894年，当选为柏林科学院院士，1912年—1938年，任常任秘书，1918年，当选为英国皇家学会会员，1926年，当选为苏联科学院外籍院士，1930年—1935年，任威廉皇帝科学促进协会会长。为了表示对普朗克的崇敬，1945年以后，协会改名为“马克斯·普朗克科学促进协会”。

普朗克一生著述甚多，有《普通热化学概论》(1893年)、《热力学讲义》(1897年)、《能量守恒原理》(1908年)、《热辐射理论》(1914年)、《理论物理学导论》(共5卷1916年—1930年)、《热学理论》(1932年)、《物理学论文与讲演集》(共3卷，1958年)、《物理学的哲学》(1959年)等。

普朗克一生除物理学外还喜好音乐和爬山运动，80岁和84岁高龄时还登上3000多米的高山大威尼迭格峰。第二次世界大战期间他为受迫害的犹太籍科学家提供过尽可能的支持与帮助。