探索量子宇宙：普朗克的能量量子化理论

1900年10月19日，普朗克在德国物理学会发表演讲，物理学迎来了新时代。普朗克指出，能量并不是以连续、无限变化的量进行传输，比如像波那样，而是打包传输。普朗克用拉丁文中的“量”，将这些包命名为量子，即多少的意思。能量的释放与吸收都是以量子为单位，每个量子都有其对应的波长和频率。

马克斯·普朗克演讲手稿

所以，黑体在电磁光谱不同阶段中释放辐射的量并不是均等的。释放红外光比释放紫外光更容易，因为后者需要更多的能量。紫外灾难之所以不会发生是因为即便高频射线多过低频射线，黑体辐射仍然需要大量的能量来获取更多的高频射线。比如，紫光子的频率是红光子的两倍，因此获取紫光子所需的能量也是获取红光子的两倍。

物体加热时，会分别呈现光谱中的红外色、红色、橙色、蓝色和白热色，这是因为随着其本身温度的升高，物体本身的构成颗粒会变得越来越活跃。不断积聚的能量为高频量子的形成创造了条件。普朗克提出，量子的能量与频率的相关性可以通过一个简单的公式表示，即E=hv，E代表能量，v代表频率，h是一个数值，被称为普朗克常数。射线频率乘以普兰克常数就可以得到量子辐射的能量。通过这个公式，普兰克可以准确计算出一个烤箱在任何温度状态下所需的能量。

无疑，普朗克的理论很成功，其理论预测结果与实验数据完美吻合。起初，普朗克本人并不接受自己的理论，因为这与他多年来所学、所努力证实的结论存在矛盾，不过后来他还是接受了，毕竟这更加容易得解释了物质吸收、释放能量的现象，虽然他还是无法很好地证明自己理论的正确性。几年后，阿尔伯特·爱因斯坦给出了很好的答案。

马克斯·普朗克提出能量量子化理论的那年，爱因斯坦21岁。那时的他还在做数学家教的工作，并着手撰写一篇有关毛细现象的论文，这也是他发表的第一篇论文。爱因斯坦对普朗克理论的反映是“如天翻地覆一般，之前物理学界坚实的基础已经无处可寻”。普朗克对爱因斯坦的思想影响非常大，之后的很多年里，两人经常一起交流观点。1947年，普朗克去世，马克斯·玻恩评论说：“很难再遇到两个生活态度如此不同的人……但这些不同和一件事情比起来简直相形见绌，那就是两人对自然奥秘同样乐此不疲的探索。”(www.xing528.com)

常数是什么？

在所有物理学基础理论中，总有一些基本量并不随条件的变化而变化，这些保持不变的值就是物理常数。比如普朗克常数h，连接量子中的能量与频率，还有光速c以及引力常数G等。在任何条件下，物理常数总能使等式成立，且永远不变。

发射光子

原子在充分地吸收能量后，原子核附近的电子可以跳到更高的轨道上。电子跌回原有轨道后，它会释放一定量的电磁能，也就是光子。光子能量的多少取决于电子的回落距离。原子核将电子推出越远，电子跌回原有位置的距离就越远，其蕴含的能量也就越多。所以，用黑体辐射的术语说就是你投入越多，得到的就越多。