M.普朗克

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普朗克,M. 德国物理学家

  普朗克,M.汉语拼音:Pulangke;英语:Planck, Max (Karl Ernst Ludwig;1858-04-23~1947-10-04),德国物理学家,量子论的奠基者。生于基尔,卒于格丁根。其父是基尔大学法律学教授,1867年受聘慕尼黑大学而举家迁往慕尼黑。1874年普朗克入慕尼黑大学攻读数学,由于对大自然和宇宙的广泛兴趣而改读物理学,1877年转入柏林大学,曾聆听H.von亥姆霍兹G.R.基尔霍夫教授的讲课,自学R.克劳修斯有关热力学的著作,1879年获得博士学位。1880年任教于慕尼黑大学,1885年受聘为基尔大学副教授。1889年因基尔霍夫去世而受聘于柏林大学,1892年升为理论物理学教授,并任理论物理研究所所长。1928年退休,由E.薛定谔继其位。1912~1938年任普鲁士科学院数学物理学部终身秘书,1930~1937年任威廉皇家学会会长,该学会后改名为M.普朗克学会,简称马普学会。

  从博士论文开始,普朗克一直关注并研究热力学第二定律,发表诸多论文。1859~1860年,基尔霍夫对黑体作出科学定义,即黑体是辐射的完全发射体和完全吸收体。直至1890年间,人们已经从实验和理论上研究有关黑体辐射的能谱分布曲线,而理论结果总不能与实验完全相符合。1896年W.维恩提出了黑体辐射能密度分布的位移定律,但只适用于高频辐射,对低频辐射则完全失效。1900年,英国物理学家瑞利勋爵导出一个黑体辐射公式,并经过J.H.金斯修正后,被称为瑞利-金斯公式,而该公式又只适用于低频辐射,不适宜于高频辐射。由于普朗克从事了20年的热力学研究,并对于常人容易误解的熵这个概念有清晰认识,他考虑到问题的核心不在于黑体辐射强度公式本身,而在于将它和辐射能量、频率和熵之间的关系联系起来。他试想将这两个数学关系用最简单的方式即内插法将它们结合在一起,并把这个结果转换成辐射能和它的频率的关系式,从而得到以他的名字命名的辐射定律,而将上述两个旧公式作为它的极限情形。他在1900年10月19日德国物理学会的会议上宣读了这一成果。但是,从普朗克看来,这纯粹是猜测,是一种“幸运的直觉”。在今天看来,所有上述辐射公式都是从经典物理学观念即“辐射能是连续的”的概念基础上得到的。

  留下的问题是如何从理论上论证半经验地发现的普朗克辐射定律。普朗克又回到由L.玻耳兹曼发现的熵和概率的关系上,并且计算了频率为ν的振子的概率。为此他历经了两个月的艰辛而痛苦的努力。首先,他必须放弃他自己长期坚持的热力学第二定律是“绝对真理”的信条,而必须接受L.玻耳兹曼关于该定律是一个统计定律的解释;其次,他必须假定,包括黑体和重新发射出那些入射到其上的辐射能的振子都不能连续地吸收辐射能,而只能离散地吸收分立的辐射能。或者说,辐射能本身是分立的,它只能按照“量子”的能量吸收或发射,而每个量子的能量等于hν,它和辐射频率ν成正比。这样,普朗克根据黑体所有振子中每个振子具有的辐射能以及这些量子是按统计规律分布的条件,就计算出黑体的总辐射能,其结果和两个月前的半经验式猜测完全一致。普朗克提出的能量子概念和常数h(后称为普朗克常数),成为此后微观物理学中最基本的概念和极为重要的普适常量。1900年12月19日,普朗克在德国物理学会上报告这一结果,成为量子论诞生、新物理学革命宣告开始的伟大时刻。由于这一发现,普朗克获得了1918年的诺贝尔物理学奖

  然而,普朗克本人是一个不情愿的革命者。其成就的深远影响在经过多年以后才得到普遍公认,A.爱因斯坦对此起了最为重要的作用。普朗克本人却是为回到经典物理理论而斗争的最后一批人中的一个。

  20世纪20年代以来,普朗克成为德国科学界的中心人物。他的公正、正直和学识,使他在德国受到普遍尊敬,具有决定性的权威。在纳粹政权统治下,他直言于希特勒,反对其种族灭绝政策,并坚持留在德国以尽力保护各国科学家和德国的物理学。为此,他承受了巨大的家庭悲剧和痛苦。他在柏林的住宅被炸毁,他最爱的小儿子因涉及谋刺希特勒事件被盖世太保残忍杀害。他凭坚忍的自制力一直活到89岁。