33二十三年似夢中-《重生,然后成為大科學家》
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他從這個常見的生活現象中,提煉出了一個抽象的物理學概念,黑體。
就像“真空中的球形雞”那樣,黑體也是一種理想化的材料,無論是任何頻率的熱輻射,都能被它完全吸收,沒有任何的反射。
同時,黑體也能通過自身的熱輻射與所處的環境達成熱平衡,既保持同一溫度。
黑體對外的熱輻射強度,只會和頻率、溫度有關,而與黑體本身的材料沒有關系。
所以只要給定了一個溫度,那么黑體輻射在每個頻率上的輻射強度都是一定的,于是就可以在坐標系中畫出來一條普適的“輻射強度-頻率”曲線。
在基爾霍夫提出這個問題后的幾十年時間里,德國的物理學家們,一直都把黑體輻射當成了一個重要的課題進行研究。
1893年,柏林洪堡大學的威廉·維恩,在實驗基礎上總結出了一個經驗公式,可以很好地擬合當時得到的實驗數據。
幾年后,基爾霍夫的學生,剛剛接任了老師在柏林洪堡大學的教職的普朗克年方四十,腦瓜頂上的頭發還沒有完全掉光。
他給維恩的這個經驗公式,賦予了一種熱力學上的理論解釋,所以這個公式在某一段時間之內,就被稱為了“維恩-普朗克定律”。
1899年,普朗克甚至在德國物理學會的一次會議上夸下海口,說以他和維恩教授名字命名的這個定律,其實與熱力學第二定律等價。
如果維-普定律出了問題,那么整個熱力學體系也會遇到大麻煩。
可是普朗克的這番大話,連一年的時間都沒有撐過去。
第二年十月份的某一天,柏林工業大學的海因里希·魯本斯到普朗克家做客,作為實驗物理學家的他向普朗克透露,他們已經把黑體輻射的實驗,做到了頻率更低的遠紅外波段,但得到的數據和維-普定律所預測的結果相差極大。
聽了魯本斯的一番話,普朗克深感茲事體大,他鉆進自己的書房,對著魯本斯帶來的新數據,整整研究了一晚上,然后發現其實只要對維-普定律在數學形式上稍作修改,就能很好地擬合這條新的實驗曲線。
但這都不是關鍵,關鍵是普朗克已經把大話說了出去,他現在修改了這個曾經被自己認為牢不可破的定律,也就意味著熱力學大廈出現了問題。
幾天之后,魯本斯在德國物理學會的又一次會議上,公布了那些和維-普定律偏差頗多的實驗數據。
這讓普朗克也不得不在會議上起身道歉,說自己之前說過的話可能并不準確。
然后他話鋒一轉,向在場的物理學界同仁,展示了那天晚上他在書房得出的新公式,這次和實驗數據對應得幾乎是天衣無縫。
因為當時仍是實驗為王的年代,這個新公式又實在是過于完美,所以在場的物理學家們,并沒有糾結普朗克的這個新公式有沒有理論基礎,到底從何而來。
自此之后,這個新公式改叫“普朗克定律”,而之前的維-普定律,則又悄悄改回了原本的“維恩公式”這個名稱,就好像之前發生過的一切,都和普朗克沒有任何關系。
但自認為是一名理論家的普朗克,對他得到這個公式的過程十分不滿意。
因為他是在已知實驗結果的情況下倒推、擬合、拼湊之后猜出的結論,完全就是一種作弊。
又經過了幾個月的思考之后,普朗克終于給出來了一個至少算是數學上的推導過程。
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