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尤其值得注意的是,不是任意温度下热体都能发射出短波长的光。
随着温度的升高,物体可以发出频率更高的光,但是在某一确定温度下,仍然测量不到高于某个频率值的光。
因此,无论如何,热体似乎很难发出极高频率的光。
基于这些理论假说与经验的冲突,德国物理学家、量子力学的创始人之一,与爱因斯坦并称为二十世纪最重要的两大物理学家的马克斯·普朗克(1858—1947)在1900年引入了一种光发射的新机制。
这个假设的机制开始并不太起眼,然而最后它却带来了一些颠覆性的结果。
随着世纪的更迭,物理学也步入了新的篇章。
下面我将用一种简化,甚至肤浅的方式来概括普朗克的观点。
根据玻尔兹曼统计规律,电子的振动平均能量等于其动能平均值。
当然,实际上每个原子或分子的能量之间可能有很大差距,而统计规律只关心该温度下的平均能量。
然而玻尔兹曼给出了粒子能量的分布规律,即能量在某一范围内的粒子数量依赖于其能量对平均能量的偏离,能量与平均值的差别越大,具有该能量的粒子越少。
普朗克意识到,实验结果已经说明振**的电子不会发出任意频率的光,因为高频光的缺失说明在电子辐射的机制下高频光更难被辐射。
由于不存在任何先验的理论可以解释这一现象,普朗克提出了一种新假设:由于某种未知的原因,原子的振动能不可以取任意值,其只能取最低振动能的整数倍。
换句话说,如果最低振动能量为e,则振动只能具有分立的能量0,e,2e,…或ne(n为0或整数)。
因此,原子辐射出的能量或者吸收的能量也只能是e的整数倍。
吸收或辐射能小于e的过程不会发生,因为原子振动的能量变化不能小于e。
普朗克接着证明,如果人们想解释温度升高带来辐射光频率提高的著名事实,就必须在e的变化与不同的振动频率值之间建立关联,事实上,e应当与频率成正比。
因此他引入了e=hn,其中n为频率,h为比例系数,被称为普朗克常数(Planck'st),是自然界中最基本的常数之一。
通过这些假设,普朗克很快推导出与观察结果一致的辐射理论,解决了物理学家在这一领域面临的困难。
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