量子論是一位教授,一個小公務員和一個守門員一起提出的。
我說錯了嗎?沒有,這位教授是普朗克,就是那位名門貴公子,為了物理變成了油膩中年大叔,小公務員是愛因斯坦,那是他還沒有那麼邋遢,還是英俊少年,守門員是玻爾,因為經常在足球場上走神,思考問題,沒有參加奧運會,他弟弟參加了奧運會,得了銀牌。
當時整個科學界都在為黑體輻射頭疼,開爾文爵士也說出了“兩朵烏雲”的著名說法,那其中的一朵烏雲就是黑體輻射。
在現實世界中,任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的本領,光與熱都是一種電磁波,這已經是一種共識。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的,也就是具有一定的譜分佈。這種譜分佈與物體本身的特性及其溫度有關,所以就被稱為熱輻射。
為了研究不依賴於物質具體物性的熱輻射規律,物理學家們定義了一種理想物體——黑體(black body),以此作為熱輻射研究的標準物體。黑體就是物理學家們眼中的完美世界,黑體就是在任何條件下,對任何波長的外來輻射完全吸收而無任何反射的物體,即吸收比為1的物體。理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射,並將這些輻射轉化為熱輻射,其光譜特徵僅與該黑體的溫度有關,與黑體的材質無關。
當時對於黑體輻射的表示式是維恩近似,由威廉.維恩在1896年提出,從名字就可以看出來,維恩也有點心虛,只把他的成果稱作了近似,因為維恩近似僅僅適用於高頻區。
普朗克將維恩近似加以改良,並將玻爾茲曼熵公式重新解釋,在1900年提出了物理學上最簡潔也是最偉大的公式之一——普朗克公式。
E=hv,其中,h為普朗克常量,v為頻率
普朗克曲線
普朗克公式是經典物理學與現代物理學的分野,第一次表達出來量子的觀念,經此一役,物理學才化蛹為蝶,可以翩翩飛舞於宇宙之中。
但是普朗克為人謙遜,不象愛神那麼張狂,他只是提出了電磁波的量化表示式,可沒有提出電磁波的量子化概念。
那麼量子化概念要誰提出呢?當然是愛因斯坦,你沒有看錯,就是愛因斯坦,他雖然後半輩子專業懟量子學派,但是他確實是量子論的奠基人,意不意外?驚不驚喜?
這都是愛因斯坦,意不意外?驚不驚喜?
1905年,是物理學奇蹟年,也是愛因斯坦年,這一年愛神取得的成就只有當初爵爺的鄉下隱居歲月可以相比。
這一年,愛神發表了五篇論文,都是開天闢地的論文,都是諾貝爾獎級別的論文,其中就有大家最熟悉的《論動體的電動力學》,就是我們俗稱的狹義相對論,還有一篇就是關於光電效應的,愛神因此獲得了一生唯一的一次諾貝爾獎。
想一下我們生活中的光電開關吧,在我們遮擋那一束光的時候一定要心懷敬畏,因為那是我們最接近這些大神的時刻。
光電效應最早由赫茲提出,最完美的解釋本來可以由普朗克提出,不過普朗克天生謹慎,就是普朗克常數他也認為是一個普通常數,擔心會引起軒然大波,這個事情只好交y由愛神來幹,反正愛神也不害怕吵架,他這一輩子就靠吵架活了,三天沒人吵架就覺得不舒服。
1905年,愛神發表論文《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》,對於光電效應給出了一種解釋。他將光束描述為一群離散的量子,現稱為光子,而不是連續性波動。頻率為v的光子擁有的能量為E;其中,因子是普朗克常數。
是不是很熟悉,對了,這就是普朗克公式啊,愛神認為,組成光束的每一個量子所擁有的能量等於頻率乘以普朗克常數。假若光子的頻率大於某極限頻率,則這光子擁有足夠能量來使得一個電子逃逸,造成光電效應。
愛神解釋了為什麼光電子的能量只與頻率有關,而與輻照度無關。而且愛神的解釋還復活了牛爵爺的光的微粒說,在惠更斯的帶領下,經過托馬斯楊的雙縫實驗,還有泊松亮斑實驗(泊松就是個豬隊友),爵爺的光的微粒說節節敗退,波動說佔據了上風,可是愛神的解釋讓古老的微粒說又煥發了活力。
誰說愛神是魔鬼派來專業懟爵爺的,在大義面前,兩人配合的還是很默契的。
而且,愛神的解釋還直接啟發了後來的波粒二象性,所以愛神是當之無愧的量子論的奠基人。
愛神的興趣主要是相對論,普朗克也對建立新理論興趣不大,還得請人來才能建立量子論。
下面有請丹麥足球守門員玻爾出場。
帥哥玻爾
你沒有看錯,我也沒有寫錯,玻爾大神確實是哥本哈根大學足球隊的守門員,而且丹麥足球也確實獲得過奧運會銀牌,而且當時國家隊中也確實有一位玻爾,不過那是他弟弟,他本人為什麼沒有參加奧運會呢?
因為他守門的時候喜歡在門框上寫數學公式,這就有點心不在焉了,人家在拼命踢球,你在算數學題,讓人家踢了空門咋辦?
不說足球了,說起來就心塞,還是說量子論。
當時盧瑟福已經提出了原子模型,就是行星模型,這可以可以解釋α粒子散射,但是不能解釋原子的穩定性和原子光譜的特徵。
原子行星模型
在這個模型裡,電子像太陽系的行星圍繞太陽轉一樣圍繞著原子核旋轉。但是根據經典電磁理論,這樣的電子會發射出電磁輻射,損失能量,以至瞬間坍縮到原子核裡。這是不穩定性。
而且電磁輻射會發出光,按理說光譜會是連續的,可實際上氫原子會散射出多條光譜線,並不是連續的,而且毫無規律,令人們大惑不解
這個時候,還沒有輪到玻爾出場,瑞士數學教師巴爾末出場了,巴爾末號稱給他任意一些數字他都能找到其規律,這哥們如果活到現在,絕對能上《最強大腦》,於是有人就把雜亂無章的氫原子光譜線給了他,看他怎麼吹牛破產,沒想到,他還真研究出來了,這就是巴爾末系。
公式太難寫了,還是上圖片吧
巴爾末公式說明這些看似毫無規律的光譜線還是有規律可循的,這個公式中的B叫做裡德伯(Rydberg)常數,這個常數是和普朗克常數由關係的,這個關係後來由玻爾推匯出來。
終於輪到玻爾出場了。
為了這麼複雜的光譜,玻爾被折磨得生不如死,不死不活,亦死亦活,沒錯,就跟薛定諤那隻貓一樣,可是1913年2月,他的朋友來訪,給他說起了巴爾末系,波爾頓時猶如醍醐灌頂,豁然開朗,玻爾稱之為“二月轉變”。
玻爾就此提出了玻爾原子模型,大意是:電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運動,離核愈遠能量愈高;可能的軌道由電子的角動量必須是 h/2π的整數倍決定;當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發射也不吸收能量,只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發射或吸收能量,而且發射或吸收的輻射是單頻的,輻射的頻率和能量之間關係由 E=hv給出。
至此,量子論已經建立完畢,量子論的奠基人就是普朗克、愛因斯坦和玻爾。
量子論是一位教授,一個小公務員和一個守門員一起提出的。
我說錯了嗎?沒有,這位教授是普朗克,就是那位名門貴公子,為了物理變成了油膩中年大叔,小公務員是愛因斯坦,那是他還沒有那麼邋遢,還是英俊少年,守門員是玻爾,因為經常在足球場上走神,思考問題,沒有參加奧運會,他弟弟參加了奧運會,得了銀牌。
當時整個科學界都在為黑體輻射頭疼,開爾文爵士也說出了“兩朵烏雲”的著名說法,那其中的一朵烏雲就是黑體輻射。
在現實世界中,任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的本領,光與熱都是一種電磁波,這已經是一種共識。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的,也就是具有一定的譜分佈。這種譜分佈與物體本身的特性及其溫度有關,所以就被稱為熱輻射。
為了研究不依賴於物質具體物性的熱輻射規律,物理學家們定義了一種理想物體——黑體(black body),以此作為熱輻射研究的標準物體。黑體就是物理學家們眼中的完美世界,黑體就是在任何條件下,對任何波長的外來輻射完全吸收而無任何反射的物體,即吸收比為1的物體。理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射,並將這些輻射轉化為熱輻射,其光譜特徵僅與該黑體的溫度有關,與黑體的材質無關。
當時對於黑體輻射的表示式是維恩近似,由威廉.維恩在1896年提出,從名字就可以看出來,維恩也有點心虛,只把他的成果稱作了近似,因為維恩近似僅僅適用於高頻區。
普朗克將維恩近似加以改良,並將玻爾茲曼熵公式重新解釋,在1900年提出了物理學上最簡潔也是最偉大的公式之一——普朗克公式。
E=hv,其中,h為普朗克常量,v為頻率
普朗克曲線
普朗克公式是經典物理學與現代物理學的分野,第一次表達出來量子的觀念,經此一役,物理學才化蛹為蝶,可以翩翩飛舞於宇宙之中。
但是普朗克為人謙遜,不象愛神那麼張狂,他只是提出了電磁波的量化表示式,可沒有提出電磁波的量子化概念。
那麼量子化概念要誰提出呢?當然是愛因斯坦,你沒有看錯,就是愛因斯坦,他雖然後半輩子專業懟量子學派,但是他確實是量子論的奠基人,意不意外?驚不驚喜?
這都是愛因斯坦,意不意外?驚不驚喜?
1905年,是物理學奇蹟年,也是愛因斯坦年,這一年愛神取得的成就只有當初爵爺的鄉下隱居歲月可以相比。
這一年,愛神發表了五篇論文,都是開天闢地的論文,都是諾貝爾獎級別的論文,其中就有大家最熟悉的《論動體的電動力學》,就是我們俗稱的狹義相對論,還有一篇就是關於光電效應的,愛神因此獲得了一生唯一的一次諾貝爾獎。
想一下我們生活中的光電開關吧,在我們遮擋那一束光的時候一定要心懷敬畏,因為那是我們最接近這些大神的時刻。
光電效應最早由赫茲提出,最完美的解釋本來可以由普朗克提出,不過普朗克天生謹慎,就是普朗克常數他也認為是一個普通常數,擔心會引起軒然大波,這個事情只好交y由愛神來幹,反正愛神也不害怕吵架,他這一輩子就靠吵架活了,三天沒人吵架就覺得不舒服。
1905年,愛神發表論文《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》,對於光電效應給出了一種解釋。他將光束描述為一群離散的量子,現稱為光子,而不是連續性波動。頻率為v的光子擁有的能量為E;其中,因子是普朗克常數。
是不是很熟悉,對了,這就是普朗克公式啊,愛神認為,組成光束的每一個量子所擁有的能量等於頻率乘以普朗克常數。假若光子的頻率大於某極限頻率,則這光子擁有足夠能量來使得一個電子逃逸,造成光電效應。
愛神解釋了為什麼光電子的能量只與頻率有關,而與輻照度無關。而且愛神的解釋還復活了牛爵爺的光的微粒說,在惠更斯的帶領下,經過托馬斯楊的雙縫實驗,還有泊松亮斑實驗(泊松就是個豬隊友),爵爺的光的微粒說節節敗退,波動說佔據了上風,可是愛神的解釋讓古老的微粒說又煥發了活力。
誰說愛神是魔鬼派來專業懟爵爺的,在大義面前,兩人配合的還是很默契的。
而且,愛神的解釋還直接啟發了後來的波粒二象性,所以愛神是當之無愧的量子論的奠基人。
愛神的興趣主要是相對論,普朗克也對建立新理論興趣不大,還得請人來才能建立量子論。
下面有請丹麥足球守門員玻爾出場。
帥哥玻爾
你沒有看錯,我也沒有寫錯,玻爾大神確實是哥本哈根大學足球隊的守門員,而且丹麥足球也確實獲得過奧運會銀牌,而且當時國家隊中也確實有一位玻爾,不過那是他弟弟,他本人為什麼沒有參加奧運會呢?
因為他守門的時候喜歡在門框上寫數學公式,這就有點心不在焉了,人家在拼命踢球,你在算數學題,讓人家踢了空門咋辦?
不說足球了,說起來就心塞,還是說量子論。
當時盧瑟福已經提出了原子模型,就是行星模型,這可以可以解釋α粒子散射,但是不能解釋原子的穩定性和原子光譜的特徵。
原子行星模型
在這個模型裡,電子像太陽系的行星圍繞太陽轉一樣圍繞著原子核旋轉。但是根據經典電磁理論,這樣的電子會發射出電磁輻射,損失能量,以至瞬間坍縮到原子核裡。這是不穩定性。
而且電磁輻射會發出光,按理說光譜會是連續的,可實際上氫原子會散射出多條光譜線,並不是連續的,而且毫無規律,令人們大惑不解
這個時候,還沒有輪到玻爾出場,瑞士數學教師巴爾末出場了,巴爾末號稱給他任意一些數字他都能找到其規律,這哥們如果活到現在,絕對能上《最強大腦》,於是有人就把雜亂無章的氫原子光譜線給了他,看他怎麼吹牛破產,沒想到,他還真研究出來了,這就是巴爾末系。
公式太難寫了,還是上圖片吧
巴爾末公式說明這些看似毫無規律的光譜線還是有規律可循的,這個公式中的B叫做裡德伯(Rydberg)常數,這個常數是和普朗克常數由關係的,這個關係後來由玻爾推匯出來。
終於輪到玻爾出場了。
為了這麼複雜的光譜,玻爾被折磨得生不如死,不死不活,亦死亦活,沒錯,就跟薛定諤那隻貓一樣,可是1913年2月,他的朋友來訪,給他說起了巴爾末系,波爾頓時猶如醍醐灌頂,豁然開朗,玻爾稱之為“二月轉變”。
玻爾就此提出了玻爾原子模型,大意是:電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運動,離核愈遠能量愈高;可能的軌道由電子的角動量必須是 h/2π的整數倍決定;當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發射也不吸收能量,只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發射或吸收能量,而且發射或吸收的輻射是單頻的,輻射的頻率和能量之間關係由 E=hv給出。
至此,量子論已經建立完畢,量子論的奠基人就是普朗克、愛因斯坦和玻爾。