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量子誕生的時代背景——黑體輻射是一個實驗

更新時間:2023-11-21 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

量子誕生的時代背景a9w物理好資源網(原物理ok網)

量子熱學誕生之前,牛頓還是神一樣的存在。在牛頓的光輝下所有非電磁都可以使勁F=ma和第一、第三定理來解決,一切變化都是連續的。而量子熱學的誕生的最主要誘因是出現了四個問題,宋體幅射、光電效應、原子的線狀波譜、原子的穩定結構,牛頓熱學解決不了。用老的辦法解決不了新的問題,那新的理論自然應運而生。a9w物理好資源網(原物理ok網)

宋體幅射a9w物理好資源網(原物理ok網)

宋體幅射是一個實驗,簡單說一下原理。假如有一個東西它能把傳播給它的電磁幅射全吃了,一點都不反射,之后只拉下來熱幅射,這么這個東西就叫絕對宋體,絕對個宋體只存在于理想狀態,主要是為了厘清楚能量a9w物理好資源網(原物理ok網)

科學家維恩制造了一個十分近似于絕對宋體的東西,之后給這個東西電磁波吃,觀察拉出的熱幅射,然雜記錄成一個一個小點,把這種小點連在一起就得到了一個能量、溫度與電磁波頻度相關的曲線。a9w物理好資源網(原物理ok網)

各路大鱷解多項式a9w物理好資源網(原物理ok網)

曲線有了,接出來把多項式解下來,能夠辨明楚電磁幅射和能量的關系。如何解?小時候,你們畫曲線寫x,y多項式沒少做吧?直線多項式、曲線多項式……a9w物理好資源網(原物理ok網)

下邊動圖出現的名子的大鱷都是解得比較成功的。可以看見,維恩早已很接近了,最后的那一點讓普朗克補充上了。a9w物理好資源網(原物理ok網)

普朗克的公式兩個字”完美“。a9w物理好資源網(原物理ok網)

日本化學學家,量子熱學的創始人:馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克。普朗克能推導入宋體幅射曲線的公式,并非其原意。其中經歷了各類詭異坎坷,這兒不贅言了。他于1900年10月發表了第一次敲開“量子熱學”大門的論文——《論維恩波譜多項式的建立》,并且當時他自己并不曉得這個意味著哪些,只是算下來公式,并沒有完全厘清楚原理。a9w物理好資源網(原物理ok網)

量子公式物理原理_量子物理公式_量子物理公式a9w物理好資源網(原物理ok網)

從圖中可以見到維恩的公式曲線,他的公式早已十分接近宋體幅射曲線了,普朗克的公式是在維恩的基礎上加以更改。普朗克此次的論文也是第一次提出了完美的宋體幅射公式。他在發表這個論文時,自己是懵逼的,還非常在最后補上一句:大家瞧瞧即使了,我隨意算下來的量子物理公式,別當真。為哪些會這樣?由于這個事顛覆了你們的認知。違反了科學家們仍然遵守的、神圣不可侵害的傳統精典牛頓熱學——變換是連續的。a9w物理好資源網(原物理ok網)

歷史何其相像,這兒多說一句,當初洛倫茲在發表出洛倫茲變換,明明早已否認了牛頓熱學所基于的“以太”并不存在,卻要說:這只是物理的一種估算方式,是物理方法,當不得真,以太還是存在的,牛頓還是我們心里的大鱷。a9w物理好資源網(原物理ok網)

沒過幾個月,1900年末,英國的數學討論會上,普朗克做了個即將的報告《論正常波譜中的能量分布》。作報告時,他闡明了為了從理論上得出完美的幅射公式,而不是只是從物理公式入手,必須作出一個假定:能量的變化不是連續地、而是一份一份的降低,一份一份降低,而能量是有最小值的,每一份就是能量的最小值,這個最小數值就叫能量子,自此量子誕生了。a9w物理好資源網(原物理ok網)

公式a9w物理好資源網(原物理ok網)

下邊普朗克公式推論這兒不說,太復雜涉及的化學知識太多了。a9w物理好資源網(原物理ok網)

維恩的公式a9w物理好資源網(原物理ok網)

普朗克定理a9w物理好資源網(原物理ok網)

最終的普朗克公式:a9w物理好資源網(原物理ok網)

我們通過普朗克公式可以得到下邊:a9w物理好資源網(原物理ok網)

量子公式物理原理_量子物理公式_量子物理公式a9w物理好資源網(原物理ok網)

重點:普朗克的量子假說——能量的最小數值是ε=hva9w物理好資源網(原物理ok網)

電磁幅射的能量是:a9w物理好資源網(原物理ok網)

其中ε為能量、v是幅射頻度是ν量子物理公式,h為一個常數,當時普朗克把它稱作基本作用量子,后來被命名為普朗克常數,n只能為整數(1、2、3……n)a9w物理好資源網(原物理ok網)

由于n不能等于0.5,也不能等于0.25,也就是不能來半份,不能來四分之一份,由此能量是一份一份的理論就下來了。a9w物理好資源網(原物理ok網)

插播:愛因斯坦的光量子假說——E=hva9w物理好資源網(原物理ok網)

是不是發覺和前面那種假說有點像,歷史又相像了,那位白天不愛寫作業的朋友抄完洛倫茲變換弄出了狹義相對論,又來抄普朗克的,得出了光電效應,因而拿了諾貝爾。a9w物理好資源網(原物理ok網)

量子熱學的房門被踢爛了a9w物理好資源網(原物理ok網)

普朗克這個推論等于是拋棄了牛頓朋友——變換是連續的理論,這是一個新的理論框架,漸漸反應過來的科學家們都看明白了一個“事實”,但凡變化都存在著一個最小的單位。于是科學家門通過普朗克的推論,又得出了宇宙中最小的間隔時間——普朗克時間,10^-43秒。宇宙空間中最小的可測尺度——普朗克尺度1.6x10^(-35)米。這更說明:這個世界的變化不是連續的,有個挺好的詞叫躍遷,很形象地形容了這些變化的形式。a9w物理好資源網(原物理ok網)

舉個反例說明一下:a9w物理好資源網(原物理ok網)

假如說牛頓的傳統精典熱學是在走斜坡,那量子熱學如同是在走臺階。牛頓熱學化學量變化時,如同是從斜坡上漸漸的連續的滾下去的,而那量子熱學里的變化是一個臺階一個臺階往下跳。a9w物理好資源網(原物理ok網)

牛頓搞定了傳統精典熱學、愛因斯坦搞定了時空、麥克斯韋搞定了電和磁。而量子現今誰都沒有完全搞明白,假如誰能搞定量子力學,那這個人的貢獻將不亞于牛頓。a9w物理好資源網(原物理ok網)

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