① 馬克斯·普朗克,二十世紀倆個最重要的物理學家之一
老年普朗克
馬克斯·普朗克(1858年4月23日-1947年10月4日)出生於德國基爾城,德國物理學家,量子論奠基人,二十世紀倆個世界上最重要的物理學家之一。
少年普朗克
普朗克出生在受過良好教育的傳統家庭。他的曾祖父戈特利布·雅各布·普朗克和祖父海因里希·路德維希·普朗克都是哥根廷的神學教授。他的父親是威廉·約翰·尤利烏斯·普朗克,是基爾和慕尼黑的大學教授。他的叔叔戈特利布普朗克是哥根廷的法學家,是德國國民法典的重要創立者之一。
母親艾瑪·帕齊希(1821年-1914年)是父親的第二任妻子。夫妻倆養育有四個孩子: 老大赫爾曼、老二希爾德加德、老三阿達爾貝特、老四奧托,第一任妻子留下倆個孩子,胡戈和艾瑪。
1867年普朗克全家搬往慕尼黑居住。普朗克在慕尼黑的馬克西米立安文理中學讀書,他的同學奧斯卡·馮·米勒,後來成為德意志博物館的創始人。
1874年普朗克中學畢業後,開始學習物理學專業。老師是 慕尼黑的物理學教授菲利普·馮·約利(1809年-1884年),他勸說普朗克不要學習物理,他認為「這門科學中的一切都已經被研究了,只有一些不重要的空白需要被填補」,這也是當時許多物理學家所堅持的觀點,但是普朗克卻回答道:「我並不期望發現新大陸,只希望理解已經存在的物理學基礎,或許能將其加深」,普朗克開始在約利教授手下做了他一生中僅有的幾次物理實驗,研究氫氣在加熱後的鉑中的擴散。但很快普朗克把研究轉向了理論物理學。
1876年具有音樂天賦的普朗克加入慕尼黑學生學者歌唱協會,他不但會彈鋼琴,還會拉大提琴和演奏管風琴。並且還為多首歌和一部輕歌劇作曲。
1877年至1788年普朗克轉學到柏林,在赫爾曼·馮·亥姆霍茲教授和古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫教授以及數學家卡爾·魏爾斯特拉斯手下學習。
關於亥姆霍茲教授,普朗克這樣寫道:「他上課前從不好好准備,講課時斷時續,經常出現計算錯誤,讓學生覺得上課很無聊。」而關於基爾霍夫教授,普朗克寫道:「他講課仔細,但是單調乏味。」即便如此,普朗克很快就和亥姆霍茲教授建立了真摯的友誼。他主要從魯道夫·克勞休斯的講義中自學,並受到這位熱力學奠基人的重要影響,熱力學理論成為了普朗克的工作領域。
1878年10月曾朗克在慕尼黑通過了教師資格考試。
1879年2月普朗克遞交了博士論文《關於熱力學第二定律》獲得博士學位。
1880年6月以論文《各項同性物質在不同溫度下的平衡》獲得大學任教資格,在慕尼黑熱理論領域工作,提出了熱動力學公式,卻沒有發現這一公式在此前已由約西亞·威拉德·吉布斯提出來。魯道夫·克勞休斯所提出的熵的概念在普朗克的工作處於中心位置。
1885年4月基爾大學聘請普朗克擔任理論物理學教授馬克斯·普朗克簡介,研究「熵」及其應用,解決物理及化學的問題,為阿累尼烏斯的電解質電力理論提供熱力學解釋,但有矛盾存在,研究無法繼續進行。
1887年3月普朗克和瑪麗·梅爾克(1861年到1909年)結婚,他們在基爾生活,共養育了四個子女。大兒子卡爾(1888年-1909年),卡爾參加了第一次世界大戰,在凡爾登戰役中不幸戰死。雙包胎姐妹艾瑪(1889年-1919年)死於難產,格雷特(1889年到1917年)產下女兒後去世,姐妹倆個先後嫁給同一個男人。愛爾溫(1893年-1945年)愛爾溫於1914年被法軍俘虜,參與了1945年1月23日暗殺希特勒的行動,由於暗殺未遂,被被德國納粹殘忍殺害。
1889年4月普朗克前往柏林接手基爾霍夫工作。
1892年普朗克在柏林從事教師職業。
1894年普朗克當選為普魯士科學院院士。
在此期間他開始深入研究原子假說。
1897年普朗克因《能量守恆原理》受到哥廷根大學獎勵。
青年普朗克
1900年普朗克提出了一個重要的物理學常數---普朗克常數,以調和經典物理學理論研究熱輻射規律時遇到的矛盾。基於普朗克常數的假設,推導出黑體輻射的普朗克公式,圓滿地解釋了實驗現象,這個成就開始揭開揭開了量子力學的神密面紗。
1900年10月普朗克在《德國物理學會通報》發表《論維恩光譜方程的完善》論文,第一次提出黑體輻射公式。
在同年的12月14日他在德國物理學會例會上做了《論正常光譜中的能量分布》的報告,在這個報告中他激動的闡述了自己最驚人的發現。他說,為了從理論上得出正確的輻射公式必須假定物質輻射(或吸收)的能量不是連續的、而是一份一份的進行的,只能去某個最小數值的整數倍,這個最小值就叫能量子。輻射頻率是V的能量的最小數值E=hv,h當時普朗克叫它基本作用量子。即H=6.63*10^-34J·s,現在叫普朗克常數。E=hv這個就是光量子假說,它認為每一個光子的能量只決定於光子的頻率,例如藍光的頻率比紅光高,所以藍光的光子的能量比紅光子的能量大,同顏色的光,強弱的不同則反映了單位時間內投射到單位面積的光子數的多少。
普朗克常數是現代物理學中最重要的常數,它標志著物理學從「經典幼蟲」變成了「現代蝴蝶」。
中年普朗克
1906年普朗克在《熱輻射講義》一書中系統的總結了他的工作,為開辟探索微觀物質運動規律新途徑提供了重要的理論基礎。
1909年10月17日普朗克妻子因肺結核去世。1911年3月與第二任妻子瑪格麗特·馮赫斯林(1882年-1948年)結婚,1911年12月兒子赫爾曼出生 。
1905年愛因斯坦用量子理論解釋光電效應。
1913年尼爾斯·波爾在原子結構學說使用量子力學概念。
1918年普朗克獲得諾貝爾物理學獎。
1926年普朗克入選英國皇家學會會員,擔任柏林威廉研究所所長,美國選他做物理學會的名譽會長。同年10月1日普朗克的68歲退休,接任者是薛定諤。
1930年擔任德國科學研究的最高機構馬克斯·普朗克簡介,威廉皇家促近科學會會長。
哥根廷大學
1947年10月馬克斯·普朗克逝世,終年89歲。普朗克的墓地位於德國下薩克森州哥庭根市的公墓內,其標志是一塊簡單的矩形石碑,上面只刻著他的名字,下角寫著:爾格·秒。 他的墓誌銘就是一行字:h=6.63×10^-34J·S,這也是對他畢生最大貢獻:提出光量子假說的肯定。
普朗克和愛因斯坦
附錄一、普朗克常數:
h=6.62606957(29)×10-34 J·s
其中能量單位為J(焦)。
若以eV·s(電子伏特·秒)為能量單位則為h=4.13566743(35)×10-15 eV·s
普朗克常數的物理單位為能量×時間,也可視為動量×位移量。
附錄二、榮譽記錄
1915年獲Pour le Mérite科學和藝術勛章;
1918年獲諾貝爾物理學獎;
1928年獲德意志帝國雄鷹勛章(Adlerschild des Deutschen Reiches);
1929年與愛因斯坦共同獲馬克斯·普朗克獎章,該獎項由德國物理學會於該年創設;獲法蘭克福大學、慕尼黑工業大學、羅斯托克大學、柏林工業大學、格拉茨大學、雅典大學、劍橋大學、倫敦大學和格拉斯哥大學榮譽博士學位;
1938年,第1069號小行星(1927年1月28日由德國天文學家馬克斯·沃夫在海德堡發現)以普朗克的名字命名為Planckia,時年普朗克80歲;
1957年至1971年德國官方2馬克硬幣使用普朗克的肖像;
1983年德意志民主共和國發行一枚5馬克紀念硬幣,紀念普朗克誕辰125周年;有很多學校和大學以普朗克的名字命名。
附錄三、愛因斯坦1918年4月在柏林物理學學會舉辦的馬克斯·普朗克六十歲生日慶祝會上的講話:
在科學的廟堂里有許多房舍,住在裡面的人真是各式各樣,而引導他們到那裡去的動機實在也各不相同。有許多人愛好科學是因為科學給他們以超乎常人的智力上的 *** ,科學是他們自己的特殊娛樂,他們在這種娛樂中尋求生動活潑的經驗和雄心壯志的滿足;在這座廟堂里,另外還有許多人所以把他們的腦力產物奉獻在祭壇上,為的是純粹功利的目的。如果上帝有位天使跑來把所有屬於這兩類的人都趕出廟堂,那末聚集在那裡的人就會大大減少,但是,仍然會有一些人留在裡面,其中有古人,也有今人。我們的普朗克就是其中之一,這也就是我們所以愛戴他的原因。
我很明白,我們剛才在想像中隨便驅逐了許多卓越的人物,他們對建設科學廟堂有過很大的也許是主要的貢獻;在許多情況下我們的天使也會覺得難以做出決定。但有一點我可以肯定,如果廟堂里只有我們剛才驅逐了的那兩類人,那末這座廟堂就決不會存在,正如只有蔓草就不成其為森林一樣。因為,對於這些人來說,只要有機會,人類活動的任何領域他們都會去干:他們究竟成為工程師,官吏,商人,還是科學家,完全取決於環境。現在讓我們再來看看那些為天使所寵愛的人吧。
他們大多數是相當怪僻、沉默寡言和孤獨的人,但盡管有這些共同特點,實際上他們彼此之間很不一樣,不象被趕走的那許多人那樣彼此相似。究竟是什麼力量把他們引到這座廟堂里來的呢?這是一個難題,不能籠統地用一句話來回答。首先我同意叔本華(Schopenhauer)所說的,把人們引向藝術和科學的最強烈的動機之一,是要逃避日常生活中令人厭惡的粗俗和使人絕望的沉悶,是要擺脫人們自己反復無常的慾望的桎梏。一個修養有素的人總是渴望逃避個人生活而進入客觀知覺和思維的世界;這種願望好比城市裡的人渴望逃避喧囂擁擠的環境,而到高山上享受幽寂的生活,在那裡,透過清寂而純潔的空氣,可以自由地眺望,陶醉於那似乎是為永恆而設計的寧靜景色。
除了這種消極的動機以外,還有一種積極的動機。人們總想以最適當的方式來畫出一幅簡化的和易領悟的世界圖像,於是他就試圖用他的這種世界體系(co *** os)來代替經驗的世界,並來征服它。這就是畫家、詩人、思辨哲學家和自然科學家所做的。他們都按自己的方式去做。各人都把世界體系及其構成作為他的感情生活的支點,以便由此找到他在個人經驗的狹小范圍內所不能找到的寧靜和安定。
理論物理學家的世界圖像在所有這些可能的圖像中佔有什麼地位呢?它在描述各種關系時要求盡可能達到最高標準的嚴格精確性,這樣的標准只有用數學語言才能達到。另一方面,物理學家對於他的主題必須極其嚴格地加以限制,他必須滿足於描述我們的經驗領域里的最簡單事件;企圖以理論物理學家所要求的精密性和邏輯完備性來重現一切比較復雜的事件,這不是人類智力所能及的。高度的純粹性、明晰性和確定性要以完整性為代價。但是當人們畏縮而膽怯地不去管一切不可捉摸和比較復雜的東西時,那末能吸引我們去認識自然界的這一渺小部分的究竟又是什麼呢?難道這種謹小慎微的努力結果也夠得上宇宙理論的美名嗎?
我認為,是夠得上的;因為,作為理論物理學結構基礎的普遍定律,應當對任何自然現象都有效。有了它們,就有可能藉助於單純的演繹得出一切自然過程(包括生命)的描述,也就是說得出關於這些過程的理論,只要這種演繹過程並不太多地超出人類理智能力。因此,物理學家放棄他的世界體系的完整性,倒不是一個什麼根本原則性的問題。
物理學家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律,由此世界體系就能用單純的演繹法建立起來。要通向這些定律,並沒有邏輯的道路,只有通過那種以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺,才能得到這些定律。由於有這種方法論上的不確定性,人們可以假定,會有許多個同樣站得住腳的理論物理體系,這個看法在理論上無疑是正確的。但是,物理學的發展表明,在某一時期里,在所有可想到的解釋中,總有一個顯得比別的都要高明得多。凡是真正深入研究過這問題的人,都不會否認唯一決定理論體系的,實際上是現象世界,盡管在現象和他們的理論原理之間並沒有邏輯的橋梁;這就是萊布尼茲(Leibnitz)非常中肯地表述過的「先定的和諧」。物理學家往往責備認識論者對這個事實沒有給予足夠的注意。我認為,幾年前馬赫同普朗克之間所進行的論戰的根源就在於此。
渴望看到這種先定的和諧,是無窮的毅力和耐心的源泉。我們看到,普朗克就是因此而專心致志於這門科學中的最普遍的問題,而不使自己分心於比較愉快的和容易達到的目標上去。我常常聽到同事們試圖把他的這種態度歸因於非凡的意志力和修養,但我認為這是錯誤的。促使人們去做這種工作的精神狀態是同信仰宗教的人或談戀愛的人的精神狀態相類似的;他們每天的努力並非來自深思熟慮的意向或計劃,而是直接來自 *** 。我們敬愛的普朗克就坐在這里,內心在笑我像孩子一樣提著第歐根尼的燈鬧著玩。我們對他的愛戴不需要作老生常談的說明,祝願他對科學的熱愛繼續照亮他未來的道路,並引導他去解決今天物理學的最重要的問題,這問題是他自己提出來的,並且為了解決這問題他已經做了很多工作。祝他成功地把量子論同電動力學和力學統一於一個單一的邏輯體系裡。