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量子理论的诞生
1900年,德国物理学家马克斯·普朗克(MaxPlanck)解释了热体发射不同波长电磁辐射(热和光)的原理。他提出,这种辐射的能量与频率成正比:频率越高(或波长越短),能量越高。两个量的比值(能量除以频率)是一个常量,即以他的名字命名的普朗克常量。
普朗克由此得出结论,辐射不仅仅是放出能量那么简单。由于能量与频率相对应存在,所以能量的变化必须是离散的,也就是不连续的。辐射能量的变化就像从水龙头滴下来的一个个水滴,时大时小,互不相连。这是一个革命性的发现,与当时流行的一切自然过程都是连续的观点全然不符。
普朗克常是一个非常小的数值。它可以告诉我们,热辐射的值是有下限的,这个下限就是一单位不可再分割的能量元,普朗克称其为辐射的“量子”。
“量子”概念的出现第一次表明,在研究微观领域时可以使用一些与宏观领域不同的规则。普朗克是一个有点犹豫的革新者,尽管他的新理论前所未有地完整解释了物体辐射热量的原理,但他对这项理论从来都不是很满意。不过其他人却采纳他的想法并继续付诸实践。
量子一词源自拉丁语quantus,意思是“有多大”。在20世纪的头几年,“量子”广泛用于物理学中,用来表示最小的、不可分割的部分。
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