1.4　充满诱惑的量子迷宫

现在我们都知道，这个世界的万物无一处不渗透着量子。在物理学领域，量子几乎萦绕着每一个方程，支配着每一个实验。量子的发现及其概念的建立，无疑是物理学史上的一次重大革命，它开创了物理学发展的新时代。多少年过去了，量子概念在科学中的意义和影响愈来愈重要，愈来愈深远。在此基础上建立的量子力学理论大厦，足以傲视人类整个20世纪史甚至更远。给这座大厦打下良好基础的人，就是大器晚成的德国科学家马克斯•普朗克。

马克斯·普朗克

人类对黑体辐射问题的研究促进了量子论的诞生。黑体辐射是热学中的一个问题。我们知道所有物体都发射出热辐射，这种辐射是一定波长范围内的电磁波。对于外界的辐射，物体有反射和吸收的本领。如果一个物体能够将外界对它的辐射全部吸收而不反射，这个家伙就称为黑体。

19世纪后半期，人们对黑体辐射问题进行了深入研究。四位德国物理学家精确测定了黑体辐射的能量随波长的分布，并画出了黑体辐射的实验曲线。为了从理论上探讨黑体辐射的本质，维恩求得了一个黑体辐射公式，接着，瑞利又求得另一个黑体辐射公式。由维恩公式绘制的曲线，在短波长区与实验曲线符合得很好，而瑞利公式则在长波长区与实验曲线符合较好，但在短波区却偏离实验值越来越远。由于理论公式不能解释位于紫外光区（即短波长区）热辐射的特性，当时的物理学界把它称为“紫外光的灾难”。号称已经十分完美的经典物理学理论，竟不能求出一个统一的公式来描述黑体辐射实验，这使19世纪的物理学家们感到十分难堪。

1900年10月19日，42岁的德国物理学家普朗克向德国物理学会提出了一个辐射的经验公式，这个公式用内插法把适合于长波的瑞利公式和适合于短波的维恩公式合在一起，使它适合于所有的波长，但是这个公式没有任何理论根据。当天晚上，鲁本斯把自己曾经做过的实验数据，同普朗克的公式进行了仔细比较，他惊奇极了：经验公式与实验数据符合得非常精确！第二天一大早他就去拜访普朗克，告诉他这个公式孕育着极其重要的真理，而不是一般的巧合。于是普朗克就开始寻找他的公式的理论基础。

两个月以后，为了解释他的公式，普朗克采取了一个决定性的步骤：假设微观系统中振子能量与振动频率成正比，它不能够连续发射而只能一份一份地发射出去，发射的最小单位就是一个能量子，就像我们买东西，付钱的最小单位是一分，不能再小了。这个发现对物理学来说具有划时代的重大意义，可是当时并没有引起人们的重视，因为能量子的假设是与经典物理学相抵触的。

1905年，瑞士专利局里有位不出名的年轻职员认为普朗克的奇想是稀世之宝，他用这个理论成功地解释了1888年霍尔瓦兹发现的光电效应（用波长长的光照射金属，光再强也无电子飞出；用波长很短的光照射时，光再弱也有电子飞出）。这位职员就是后来闻名全球的爱因斯坦。从此，普朗克的量子理论才得到科学家们的公认，成为探索微观世界的强大支柱。