普朗克量子假说的提出和徘徊
最早提出能量子假说的科学家
最早提出能量子假说的科学家
能量子假说是现代科学中的一个重要理论，其最早的提出者是德
国物理学家普朗克。
他生于1858年，是19世纪末20世纪初最重要的
理论物理学家之一。
在19世纪末，科学家们已经认识到了能量的量子化，即能量并不
是连续的，而是以离散的形式出现。
而普朗克在研究黑体辐射时，进
一步推动了对能量量子化的理解。
当时，科学家们面临一个难题，无法用经典物理学的理论解释黑
体辐射的行为。
普朗克在1899年开始对这个问题展开研究，并在1900年提出了著名的普朗克辐射定律。
根据普朗克的理论，能量的辐射不是连续的，而是以能量量子的
形式出现。
这一理论对后来量子力学的发展起到了重要的奠基作用。
普朗克的能量子假说的提出引发了物理学界的广泛讨论，也促进
了后来量子力学的发展。
他的研究成果对于科学界产生了深远的影响，为后人提供了宝贵的研究方向和理论基础。
普朗克在1909年因其在热辐射领域的突出贡献而获得了诺贝尔物
理学奖。
他的能量子假说为后来量子力学的发展奠定了基础，并成为
了物理学史上的重要里程碑。
总结起来，普朗克是最早提出能量子假说的科学家之一，他通过
对黑体辐射的研究，发现了能量的量子化现象。
他的研究成果为后来
量子力学的发展做出了重要贡献，对物理学领域产生了深远的影响。
普朗克的能量子假说被奉为科学史上的重要里程碑，值得我们深入学
习和研究。
第七章 紫外灾难和普朗克的量子假说PPT课件
由海森堡、波恩等引入到量子力学中。
在量子力学中用算符表示力学量，它可以作
用在一个函数上，得出另一个函数。比如动
量算符
Pˆ
i
泡利用海森堡的矩阵力学解决了三个方 面的问题，矩阵力学成长建立起来。
量子 理 论 的 发 展
三.波动力学的建立 1.德布罗意波 1)德布罗意(1892-1960)：
( ,T )
8h 3
C3
eh
1
/ KT
1
当ν→0，即在长波范围，普朗克定律 变为瑞利——金斯公式。
当ν→∞，即在短波范围，又与维恩 定律一致。
将维恩公式和瑞利公式综合在一起， 理论值与实验结果符合得较好。
紫外灾难 和 普 朗 克 的 量子假说
3.普朗克的能量子假设
普朗克写道:“即使这个新的辐射公式证 明是绝对精确的，但若仅仅是一个侥幸揣测 出来的公式，它的价值也只能是有限的。” 普朗克并不满足于自己的一得之功。
量子 理 论 的 发 展
2）薛定谔方程：薛定谔在德布罗意、爱因斯 坦的启发影响下，在1926 年1-6月，连续发表了四篇 论文，系统阐明了波动力 学的理论，提出了量子力 学中著名的薛定谔方程。
量子 理 论 的 发 展
3.矩阵力学与波动力学的统一
既然矩阵力学与波动力学描述了同一物 理现象，它们之间是否存在着内在的联系？ 薛定谔证明了矩阵力学和波动力学的等价性。 1926年，狄拉克提出了普遍的变换理论，使 两种力学进一步得到和谐与统一，将其统称 为量子力学，并引进了狄拉克符号，奠定了 粒子物理和量子电动力学的基础，因此狄拉 克与薛定谔共获1933年诺贝尔物理奖。
—— J·J·汤姆逊
卢瑟 福 的 原 子 核式 结 构
普朗克和能量子概念
普朗克和能量子概念普朗克和能量子概念-----纪念能量子概念诞生100周年张战杰万陵德（河南师范大学物理与信息工程学院，河南，新乡，453002）摘要：本文简述了普朗克生平经历，回顾他提出能量子概念这一伟大发现过程，分析他科学研究的方法及其“悲剧”，以此来纪念这位伟大的、正直的物理学家，以期对今后科研工作有借鉴意义。
关键词：普朗克能量子概念1900年12月14日，德国物理学家M.普朗克(Max Planck)向柏林物理学会提出了能量子假说，冲击了经典物理学的基本概念，使人类对微观领域的奇特本质有了进一步的认识，对现代物理学的发展产生了重大的革命性的影响。
100年过去了，人类即将进入更加辉煌灿烂的21 世纪，此时我们回顾能量子的诞生过程，来表达对普朗克这位伟大的、正直的、饱经忧患的卓越物理学家无限的崇敬和仰慕之情。
一、生平简介普朗克1858年4月23日出生于德国的基尔。
普朗克从孩提时代就热爱物理。
在小学里，他的老师说：“想象一下，一个工人举起一块重石，奋力顶住它，把它放在屋顶上，他做功的能量没有消失。
多年以后，也许有一天，石头掉下来砸了某人的头。
”还是孩子的普朗克被这个物理中能量守恒定律的例子震惊了，就像某个人被落下的石头砸着了那样令人难忘，使他萌生了以后成为一个物理学家的想法。
1867年考入古典马可西米连大学预科学校。
在数学家赫尔曼·米勒尔的悉心指导下，普朗克显露了数学方面的才能。
米勒尔还教他天文学和力学。
入大学之前，面临着专业的选择，他曾一度徘徊于音乐、语言学和科学之间，后来几经斟酌，终于选择了科学。
1874年10月，普朗克进入慕尼黑大学学习物理和数学。
1877年转入柏林大学，在亥姆霍兹和基尔霍夫指导下学习，并于1879年取得博士学位。
他在克劳修斯著作的影响下，从事热力学研究。
1880年，普朗克成为慕尼黑大学的物理学讲师，1885年被基尔大学聘为理论物理学副教授。
1889年，在基尔霍夫去世后，普朗克到柏林大学继任基尔霍夫的职位，担任新设立的理论物理学的科学讲座教学任务，1892年提升为正教授，一直到1926年退休为止。
黑体辐射普朗克的能量子假说
利用这一假设，普朗克从理论上导出了绝对黑体单色辐出度的表达式
2.普朗克公式
M 0
2 hc2 5
1
hc
ekT 1
P199, 16.10b
此式在全波段内与实验相符，它是国际实用温标用以定标的基础。
黑体辐射曲线与经典比较
M 0 (T )
**
**
*
瑞利 - 金斯线
* *
* *
实验值
*
* 普朗克线
*
维恩线
*
***
0 1 2 3 4 5 6 7 8 / m
•△普朗克提出的能量量子化假设——意义 成功解释了黑体辐射的实验规律；开
创了物理学研究的新局面；标志人类对自 然规律认识从宏观领域进入了微观领域； 为量子力学诞生奠定了基础。
普朗克（L.Planck 18581947 德国物理学家）由于提出 量子假设而对量子理论的建立 所做的贡献获得1918年的诺贝 尔物理学奖。
M0(T) = T 4
P196,16.6式及上面一行
5.67 108 W m2 K4 称为斯特藩常量
2）维恩位移定律 常量
T m = b
P197,16.7式
可见，当绝对黑体随温度升高时，其单色辐出度的最大值向短波方向移动。 如：炉温升高其火焰颜色由红——黄；炉火纯青也说明该现象。
4.说明：该定律适用于绝对黑体的平衡热辐射。
3）对频率为 的谐振子，最小能量 = h，式中 h = 6.63×10－34 J · s，叫普朗克常量。
P199, 第3行及10.10b下第6行
4）谐振子在吸收或辐射能量时，振子从这些状态之一跃迁到其他一个状态。即物 体发射或吸收的能量必须是最小能量的整数倍，而且是一份一份地按不连续的方式 进行。每一份能量叫一能量子（ = h ）。
黑体辐射普朗克能量子假说
普朗克能量子假说
对现代物理学的意义
普朗克的能量子假说开启了量子时代， 对现代物理学的发展产生了深远影响。
为解决黑体辐射问题，普朗克提出了 能量子假说，成为量子力学的起点。
历史发展概述
19世纪末的实验研究
01
科学家们通过实验发现了黑体辐射的规律，但经典物理学无法
解释。
普朗克的突破
02
1900年，普朗克提出了能量子假说，成功解释了黑体辐射现象。
黑体是一个理想化的物体，它能 够吸收外来的全部电磁辐射，并
且不会有任何的反射与透射。
黑体的辐射特性仅与其温度有关， 与表面材质、粗糙度等无关。
在热平衡状态下，黑体辐射的能 量密度和波长有关，呈现出连续
光谱。
辐射定律与公式推导
普朗克辐射定律描述了黑体辐射的能量密度与温度、波长之间的关系，是量子力学 的基础之一。
拓展普朗克能量子假说的应用范围
普朗克能量子假说在量子力学领域具有重要地位，未来科学家们将继续拓展其应用范围， 探索更多量子现象和量子技术。
跨学科研究与应用
黑体辐射和普朗克能量子假说涉及多个学科领域，未来跨学科研究将成为重要趋势，推动 不同学科之间的交叉融合和创新发展。
对相关领域发展的启示
重视基础理论研究
能量子的提出解决了经典物理学无法解释黑体辐射的问题，因为能量子 可以解释为什么能量似乎是一份一份地发射和吸收的。
能量子的概念对后来的量子力学发展产生了深远影响，成为量子力学的 基础之一。
04 能量子假说对黑体辐射问 题解释
能量子假说与黑体辐射关系
能量子假说是解释黑体辐射现象的基础
普朗克提出，能量在发射和吸收时是以微小的能量单位（即能量子）进行的，这 一假说成功解释了黑体辐射的频谱分布。
量子力学创立者的无奈宣言：世界上可能根本没有物质
量子力学创立者的无奈宣言：世界上可能根本没有物质量子力学是普朗克一手创立起来的，普朗克曾是经典热力学的拥趸，他投身黑体辐射的研究也是出于对经典热力学的维护，他对黑体辐射研究的基本解释也是从经典热力学的基本理论出发。
或许也正是因为这个原因，普朗克投身黑体辐射研究六年多始终一无所获。
万般无奈之下，普朗克转变思路，首先总结出实验公式，然后再寻求理论解释，就这样，普朗克无奈地引入了能量子的假设，也就是量子，其核心即能量是不连续的，能量存在最小单位，并不存在可以无限细分的能量。
这极大地震撼了人们的思想，如果能量是不连续的，那么时间、空间都可能是不连续的。
更可怕的是，物质可能也是不连续的。
所以，尽管普朗克引入了量子，创立了量子力学，但他一点都不喜欢量子这个概念。
其后的十多年，普朗克研究工作的核心就是试图推翻量子的概念，然而越是研究，普朗克越是发现量子概念的牢不可破。
最终，普朗克只得十分无奈地接受了这个概念。
如果能量子存在，那么物质是什么，就成了一个很值得研究的问题。
这个问题曾困扰了人类几千年，人们提出了各种解释，特别是牛顿的机械唯物的物质概念已经深入人心。
然而在量子时代，这都成了问题。
如果如前所述，物质是不连续的，那么物质必然不是可以无限细分的，那么最小的物质单位是否存在，究竟以什么形式存在？普朗克对此思考多年，但始终没有找到满意的答案。
在普朗克科学生涯的后期，他无奈地宣称：世界上可能根本没有物质，物质不过是能量子（量子）的一种结合方式，而维系这个结合的力学特性或许与我们的思维或心智有关。
这个论断在当时是惊世骇俗的。
有人可能会说，怎么会没有呢？我们每天看到的，接触到的不都是物质吗？不是这样的，科学家是从本源，从哲学意义上思考物质的根本属性和本质特征，它深入到微观的最基本的物质形态，及其与时空及其他物理概念的联系。
经过反复盘问，物质到底是否存在，可能确实是存疑的。
由于这个论断不是普朗克作为正式科学观点发表的，因而注意到的人不多。
量子论的诞生
太空中的一朵乌云——量子论的诞生1900 年12 月14 日, 德国物理学家普朗克向柏林物理学会提出了能量子假说, 冲击了经典物理学的基本概念, 使人类对微观领域的奇特本质有了进一步的认识, 对现代物理学的发展产生了重大的革命性的影响. 110过去了, 人类即将进入更加辉煌灿烂的21 世纪, 此时我们回顾能量子的诞生过程, 来表达对普朗克这位伟大的、正直的、饱经忧患的卓越物理学家无限的崇敬和仰慕之情。
19 世纪末,人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候,出现了著名的所谓“紫外灾难”。
虽然瑞利、金斯和维恩分别提出了两个公式，企图弄清黑体辐射的规律，但是和实验相比，瑞利-金斯公式只在低频范围符合,而维恩公式只在高频范围符合。
普朗克从1896 年开始对热辐射1911年诺贝尔物理学奖授予德国乌尔兹堡大学的维恩，以表彰他发现了热辐射定律（ ）量子论冲破了经典理论的束缚令人困惑的“紫外灾难”进行了系统的研究。
他经过几年艰苦努力，终于导出了一个和实验相符的公式。
他于1900 年10 月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式。
12 月14 日在德国物理学会的例会上，普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。
在这个报告中, 他激动地阐述了自己最惊人的发现。
他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射(或吸收) 的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍，这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε= h ν，这就是著名的能量子假说。
其中h ,普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常量。
普朗克常量是现代物理学中最重要的物理常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。
12 月14 日这一天，后来被人们认为是量子论的“生日”。
由于量子概念随后成了理解原子壳层和原子核一切性能的关键,这一天也被看作原子物理学的生日和自然科学新纪元的开端。
科学技术基础课程资料汇总
1、臭氧层概念及造成臭氧层空洞的主要原因。
答：①在大气平流层中，距地面15-35公里区域处集中了大气90%的臭氧，平流层中这一区域称为臭氧层。
②破坏臭氧层的元凶是人工合成的一些含氯和含溴的物质，最典型的是氯氟烃化合物和哈龙。
③由于平流层空气缺少上下对流，且没有雨雪的冲洗，氯氟烃化合物和哈龙这类物质进入臭氧层后，可以停留很长时间，并与臭氧化合，消耗掉臭氧，从而使臭氧层遭到破坏。
储氢合金的储氢原理p.121答：①其基本原理是：某些合金具有特殊的晶体结构，而氢是一种活泼的元素，氢原子极易进入这些合金的晶格间隙内发生化学反应生成金属氢化物，将氢储存起来。
②由于氢和金属的结合力很弱，在一定温度、压力下，金属氢化物又会吸收热量，发生分解，放出氢气以供使用。
导致全球气候变暖的主要原因。
P.140要点：答：①当大气中温室气体的含量超过一定数量，就会引起地球热平衡失调，使温室效应加剧，导致地球温度升高。
②温室气体含量的增高主要是由于：化石燃料燃烧所放出的大量二氧化碳；煤矿的开采和化石燃料燃烧、稻田耕作、垃圾填埋所引起的大气中甲烷含量的提高；广泛用于制冷工业的，能吸收红外辐射的氟里昂的增加。
第一次技术革命的特点。
P.5答：①以蒸汽动力技术为主要技术，又称蒸汽动力技术革命。
②以蒸汽动力取代人力、畜力、风力和水力。
③动力机、传动机、工作机组成了机器生产系统。
伽利略对自然科学所做的主要贡献。
P.11答：①以自己的实际观测发现了许多天文现象，为哥白尼的太阳中心说提供了有力证据。
②进行了一系列的物体运动实验，发现了地上物体运动的三个力学规律以及力学相对性原理，为经典力学的建立奠定了基础。
③是实验科学的奠基人，第一个把实验方法提高到真正科学的水平，又把实验方法和数学演绎方法成功地结合起来。
他的实验方法，数学方法和分析方法，成为近代科学研究的基本方法。
光速不变原理。
P.23答：①光在真空中的传播速度是一个恒定不变的常数，与光源和观测者的运动无关。
马克斯 普朗克(资料简介)
马克斯·普朗克(1858 年4 月23 日-1947 年10 月4 日)德国物理学家，出生于德国基尔城，母亲埃玛·帕齐希（Emma Patzig，1821 年—1914 年）是父亲的第二任妻子，另有 4 个孩子赫尔曼（Her mann）、希尔德加德（Hildegard）、阿达尔贝特（Ad albert）和奥托（Otto），父亲的第一任妻子留下了 2 个孩子胡戈（Hu go）和埃玛（Emma）。
普朗克在基尔度过了他童年最初的几年时光，直到 1867 年全家搬去了慕尼黑，普朗克在慕尼黑的马克西米利安文理中学（Maximiliansgymnasium）读书，与他当时同学的奥斯卡·冯·米勒（Oskar von Miller）后来成为了德意志博物馆的创始人。
生平简介普朗克出生在一个受到良好教育的传统家庭，他的曾祖父戈特利布·雅各布·普朗克（Gottlieb Jakob Planck，1751 年—1833 年）和祖父海因里希·路德维希·普朗克（Heinrich Ludwig Planck，1785 年—1831 年）都是哥廷根的神学教授，他的父亲威廉·约翰·尤利乌斯·普朗克（Wilhelm Johann Julius Planck，1817年—1900 年）是基尔和慕尼黑的法学教授，他的叔叔戈特利布·普朗克（Gottlieb Planck，1824 年—1907年）也是哥廷根的法学家和德国民法典的重要创立者之一。
普朗克在 16 岁时就完成了中学的学业。
普朗克十分具有音乐天赋，他会钢琴、管风琴和大提琴，还上过演唱课，曾在慕尼黑学生学者歌唱协会（AkademischerGesangverein München）为多首歌曲和一部轻歌剧（1876 年）作曲。
但是普朗克并没有选择音乐作为他马克斯·普朗克的大学专业，而是决定学习物理。
量子力学之父，普朗克
量子力学之父，普朗克出品光子盒研究院时光倒退到1900年，这时的物理学已经25年云淡风轻。
时年元旦，德高望重的物理学家开尔文勋爵（William Thomson），在英国皇家学会举行的迎接新世纪招待会上说：物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。
而这番话，早在1874年马克斯·普朗克（Max Planck）同学选专业时，就听他物理老师约利吐槽过。
但是，开尔文勋爵虽然乐观，还是提到了物理天空中尚有两朵小乌云没解决。
第一朵乌云是以太假说。
“以太”是一种假想的物质，曾经一度被认为是光在真空中传播的介质，后来证明不存在这种物质。
第二朵乌云是黑体辐射问题。
开尔文勋爵万万没想到，这第二朵乌云开启了一场时代革命，使这幢经典的物理大厦焕然一新。
而完成这项工作的就是普朗克。
从紫外灾难到量子论1889年，柏林大学物理学教授基尔霍夫去世，普朗克以前的老师亥姆霍兹推荐他接替基尔霍夫的职位。
31岁的普朗克应邀来到柏林大学，成为德国历史上第二位理论物理学教授。
在柏林大学，普朗克完成了他一生中最重要的工作。
他的这项工作始于19世纪末一场著名的“紫外灾难”，这场灾难来自开尔文勋爵提出的两朵乌云之一——黑体辐射。
所谓“黑体”，是基尔霍夫定义的一种理想模型——一种能够全部吸收外来辐射而没有任何反射或透射，吸收率高达100%的物体。
现实生活中煤炭是最接近于“黑体”的物质。
在被加热时，先是发出红光（波长较长，频率较低），随着温度的上升，光的颜色由红变黄，最后变为蓝色（波长较短，频率较高）。
后来广义上讲，但凡加热物质发射电磁波的现象都可被称为“黑体辐射”。
物理学家探索的就是“黑体辐射”的能量与温度、波长之间的关系。
1896年，德国帝国物理技术研究所（由亥姆霍兹领导）的研究人员维恩（Wilhelm Wien）从热力学角度推导出半经验的黑体辐射公式，称为“维恩近似”。
但在1897年，卢梅尔（Otto Richard Lummer）和普林舍姆（Ernst Pringsheim）两位物理学家用精确的实验证实：这个公式仅仅适用于短波段，而长波段与实验结果并不一致。