量子熱學的誕生絕非是一種碰巧,而是數學學發展的必然結果,由于在19世紀末期,由伽利略、牛頓建立的精典熱學數學體系趨向構建,化學學家一度覺得世界上所有的事情都可以使用精典熱學去解釋,直至一個全新的微觀粒子世界出現在化學學家的面前,化學學家們震驚的發覺:在微觀粒子世界,微觀粒子運動與宏觀世界迥然不同,假如使用精典熱學去解釋微觀世界的粒子運動、現象的話,這么精典熱學都會顯得非常愚蠢與頭暈,于是數學學界急須要一種全新的數學理論去探求微觀粒子世界,于是量子熱學誕生了。
量子熱學在20世紀初由普朗克、玻爾、愛因斯坦等多位知名的化學學家共同創建,主要是拿來研究微觀粒子運動規律的一門數學學分支量子物理奠基人,微觀粒子雖然包括好多種:原子、中子、質子、電子等等,但在這份微觀粒子的名單中,惟獨沒有“量子”這種微觀粒子的存在。
提到這兒,可能你們會形成這樣的問題:為什么研究微觀粒子的化學學分子被稱為量子熱學,而不是粒子熱學呢?量子熱學中的量子到底指的是哪些呢?
首先來說:量子并不是一種實在的粒子,也就是說量子與原子、質子、中子不同,量子是化學學家人為創造的一種數學概念。
說起量子,我們就不得不提及美國一位偉大的化學學家:普朗克,他被譽為量子熱學的奠基人,量子這一概念最早就是由普朗克率先提出的,在1900年,普朗克在研究宋體能量幅射的時侯,普朗克經過多次實驗、計算都未能得出宋體能量幅射問題背后的真相,在一次碰巧的機會,普朗克提出了這樣一個驚人的假定:普朗克假定能量的傳遞并不是連續不斷、可以無限被分割的,能量是一段、一段進行傳遞的,這些假定在當時看上去非常荒謬,但正是這個看上去非常不靠譜的假定卻成功的解釋了宋體幅射的問題。
要曉得能量傳遞是連續的,這是幾百年化學學屆的一個共識、或者說是一個定論,它就好象人餓了須要喝水一樣不可動搖,但幾百年過去后,這樣一個被奉為真理的定論卻難以解釋一些微觀世界的現象,于是普朗克經過謹慎的思索提出了一個全新的概念:能量的傳遞存在最小單位,即能量不可以被無限的分割,能量的傳遞實質上是由一段、一段的最小單位作用而成的,這一段、一段的最小單位就是能量子,后來被統一稱為:量子,這就是量子最初的概念,即能量的最小單位。于是普朗特經過估算得出一個常數,即普朗克常數,h=6.(33×10^(-34)J·s,普朗克常數意味著能量的最小單位被物理化,通過普朗克常數的變型,我們又可以得出普朗克時間、普朗克寬度,分別代表著時間的最小單位、長度的最小單位。
后來化學學家們通過實驗發覺,不單單能量存在最小單位量子物理奠基人,像角動量、自旋等化學量也存在著最小單位,即角動量、自旋等這種化學量都是可以量子化的,化學學家們基于量子的概念創建了量子熱學。