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量子理论是怎么形成的呢?
最初它并不是怎么荒诞 而是因为一个灯泡 在19世纪90年代初
德国标准局请马克斯・普朗克研究 如何提高灯泡的效率
如何用最少的电能产生最多的光
普朗克的第一个挑战是了解灼热的灯丝产生多少光
他知道光是由电磁波组成的 不同频率的电磁波导致了不同的颜色
问题在于如何让发出的光集中在可见的波段
而不是紫外线或红外线的波段
他计算了灼热物体能发出多少各种颜色的光
可基于电磁理论的预测总是和实验结果相悖
在迷茫绝望中的他决定颠倒顺序 把现存的理论丢在一旁
从实验结果开始研究 数据向他揭露了一条新的物理规律
光波携带的能量是以不同的"包"计量的
高频率光携带的能量包较大 低频率光的能量包就较小
用能量包 或者"量子"的概念描述光听起来难以理解 在当时的确是这样
不久爱因斯坦就用更熟悉的例子解释了这个理论 即"分享"
如果想让一个孩子开心 可以给他一块饼干 可如果有两个孩子
你又只有一块饼干 就只能让他们"一半"开心
如果有4个孩子 或者8个 或者160万个孩子
你不可能只用一块饼干让他们同时满足
事实上 如果孩子有无限个 而饼干只有有限块
如果将饼干平均分 每个孩子只能得到无限小的一块
即使是分尽所有的饼干 你也不能使任何一个孩子满意
光波和孩子的区别在于 不可能有无限多个孩子
因为光波有各种不同的频率 可能会有无限多频率极小的光波
这些光波会消耗所有的"饼干" 呃..是能量
实际上 所有这些无限小的光波加在一起 能够吸收无穷多的能量
它们能吸收空间内任何物体的全部内能 在仅仅一瞬之间!
它们能冷却杯中的茶 甚至是太阳 或者是整颗超新星
幸亏宇宙并不是这样的 因为正如普朗克所猜想的
微小而高频率的电磁波只能携带非常大的能量包 就像挑剔的孩子
他们只接受37块饼干 或者是只接受16万2千块
不能多也不能少 因为它们如此挑剔 高频的电磁波吃了亏
大多数能量都是以较小能量包的形式传递的 因为它们愿意拿平均数
能量包中这种普遍而平均的能量 事实上就是我们称之为 "温度" 的东西
温度高就意味着平均能量较高 所以依照普朗克发现的规律
所发出光的频率就较高 这就解释了为什么随着温度升高
物体显示发红外光 然后以此是红、黄、白光 继续升温就变成了蓝、紫、紫外光等等
尤其是 普朗克关于"挑剔的"光的理论 告诉我们灯丝应该
加热到大约3200开尔文 这样可以保证绝大多数能量
以可见光的形式放射出 如果温度更高 我们就会被紫外线晒黑了
实际上早在电灯泡和美黑床的发明之前 量子物理就在我们眼前了
人类观察火焰已有千万年 而火焰的不同颜色
就是量子理论的体现呢