基础与经典危机

普朗克的量子化

1900 年十二月,马克斯·普朗克找到了那条终于能在每个波长上都拟合黑体曲线的公式,而为了推导它,他不得不作出一个连他自己都觉得不安的假设。他设想空腔壁中那些小小的振子,不能以任意大小的量来发射或吸收光能,而只能以一份基本小包的整数倍来交换,这小包的大小由频率决定:E = hf。

这一条限制悄悄地驯服了紫外灾难。要激发一个高频振子,你必须一次交出一大份能量,而在寻常温度下,热运动的颠簸很少能凑出这么多。于是那些短波长、高频的模式被能量饿着,安静下来,把预言的曲线恰如自然所为地弯回到零。它与实验的吻合是完美的。

普朗克起初把这看作一个数学技巧——他后来称之为「一次孤注一掷之举」——而非关于光究竟如何行事的断言。他指望终有一个更经典的解释来取代它。却没有出现。能量以离散台阶交换这一想法,结果竟是深刻为真的,普朗克这条勉强的假设,如今被算作量子物理的诞生。

oscillator energy = n·hf, n = 0, 1, 2, 3, …

能量只能是 hf 的整数倍——而这一条规则恰好拟合黑体曲线。

普朗克量子化的是壁中的振子,而非光本身。是爱因斯坦在五年后迈出了更大胆的一步,主张光能本身就是以光子形式真正量子化的。

又称
Planck's hypothesisPlanck's law普朗克假设普朗克辐射定律