文|环宇通史

编辑|环宇通史

前言

马克斯-普朗克是一位著名的德国物理学家，他对量子力学领域做出了重大贡献，经常被称为量子理论之父。普朗克1858年4月23日出生在德国基尔，他的一生跨越了一个巨大的科学进步和社会变革的时期。在他的职业生涯中，他见证并参与了几个关键的历史事件，这些事件塑造了科学界和整个世界的面貌。

马克斯-卡尔-恩斯特-路德维希-普朗克出生在一个学术家庭。他的父亲约翰-朱利叶斯-威廉-普朗克是一位法学教授，他的母亲艾玛-帕齐格来自一个学者家庭。普朗克的童年受到父亲的极大影响，父亲向他灌输了对音乐、数学和物理学的热爱。

那么马克斯-普朗克对当世有哪些影响?

马克斯-普朗克的早期生活和教育

克斯是他父母八个孩子中的第六个孩子。他的早年是在基尔度过的，在那里他从小就对物理学和数学表现出浓厚的兴趣。

1871年，也就是普朗克高中毕业的那一年，德国经历了一个重大的历史事件德国各州的统一。由奥托-冯-俾斯麦领导的这次统一创建了德意志帝国，并给这个国家带来了政治和社会变革。新成立的德意志帝国将在塑造普朗克的学术和科学生涯中发挥关键作用。

1874年，16岁的普朗克进入慕尼黑大学学习物理学、数学和哲学。他最初在适应大学的教学方法方面面临挑战，这些方法注重记忆而不是批判性思维。，他坚持不懈，很快就在学习中表现出色。普朗克在1878年完成了他的本科学位，并继续在柏林大学攻读博士学位。

1878年，普朗克搬到柏林大学，在当时最杰出的物理学家之一赫尔曼-冯-亥姆霍兹的指导下学习。赫尔姆霍兹对热力学、电磁学和能量守恒的研究对普朗克的科学思想产生了深刻的影响。亥姆霍兹的指导和鼓励在塑造普朗克未来的科学努力中发挥了关键作用。

1879年，普朗克在慕尼黑大学完成了他的博士学业，并发表了关于热力学第二定律的论文。在此期间，德国正在经历快速的工业化进程，热力学的研究对于理解和改进工业流程具有重要意义。普朗克的早期研究侧重于热力学的数学基础和熵的概念。

1885年，普朗克成为基尔大学的一名教授。正是在这一时期，詹姆斯-克拉克-麦克斯韦的电磁理论越来越突出。麦克斯韦的理论将电和磁统一起来，为未来物理学的发展铺平了道路。普朗克仔细研究了麦克斯韦的理论，这为他后来在辐射和量子力学方面的工作奠定了坚实的基础。

1887年，普朗克在黑体辐射领域制定了热力学的第一定律。该定律指出，能量在一个系统中是守恒的，不能被创造或破坏。普朗克在热力学第一定律方面的工作为他今后对能量和辐射性质的突破性研究奠定了基础。

1889年，普朗克接受了柏林大学的教授职位，这是德国最著名的学术职位之一。柏林大学处于科学研究的最前沿，普朗克的任命进一步巩固了他作为领先物理学家的声誉。这个职位为他提供了一个令人振奋的学术环境，使他有机会接触到最先进的技术。

马克斯-普朗克的科学生涯和量子理论

马克斯-普朗克的科学生涯主要与他在量子理论方面的开创性工作有关，它彻底改变了我们对能量和辐射的基本性质的认识。普朗克在量子力学领域的贡献为现代物理学奠定了基础，并为他赢得了全世界的认可。让我们深入了解他的科学生涯和量子理论发展的主要方面。

普朗克对黑体辐射的研究在量子理论的提出中起了关键作用。黑体辐射是指一个物体在特定温度下发出的电磁辐射。19世纪末，物理学家们正在努力解决 "紫外线灾难 "的问题，这个问题是在试图用经典物理学解释黑体辐射的能量分布时出现的。

在19世纪末，物理学领域正在经历一场革命。基于经典力学的传统物理学成功地解释了宏观物体的行为，但却难以解释在原子和亚原子层面观察到的现象。普朗克对热力学的研究和能量的性质产生了浓厚的兴趣。

1900年，普朗克通过引入能量量化的概念，取得了突破性的进展。为了解释观察到的黑体辐射光谱，普朗克提出，能量只能以离散的单位发射或吸收，他称之为 "量子 "或 "能量包"。这个革命性的想法挑战了普遍的信念，即能量是连续的，可以具有任何价值。普朗克的方程式，即普朗克定律，通过纳入量子的概念，成功地描述了黑体辐射中的能量分布。

作为量子化工作的一部分，普朗克提出了一个现在以他名字命名的基本常数普朗克常数。普朗克常数通过公式E=hν将量子的能量（E）与它的频率（ν）联系起来。普朗克常数在量子力学中具有巨大的意义，是许多方程式和计算的基本组成部分。

普朗克的量子假说为爱因斯坦在1905年解释光电效应奠定了基础。光电效应指的是当材料暴露在光线下时，电子的发射。爱因斯坦提出，光本身是由不连续的能量包组成的，后来被称为光子，它与电子相互作用。这一解释为爱因斯坦赢得了1921年的诺贝尔物理学奖，进一步验证了量子化的概念，巩固了量子理论的基础。

普朗克关于量子化的工作为量子力学的进一步发展创造了条件，包括波粒二象性的概念。1924年，路易斯-德-布罗格利提出，电子和质子等粒子也表现出类似波的特性。这一观点得到了实验证据的支持，这些证据显示了粒子所表现出的波状干涉模式。波粒二象性表明，粒子和波都是物质和能量的基本方面，挑战了经典的不同粒子的概念。

马克斯-普朗克对后世的影响

普朗克关于能量量化的革命性概念为量子力学的发展奠定了基础，而量子力学现在是物理学中最成功和最广泛研究的理论之一。量子力学描述了粒子和能量在微观层面的行为，挑战了经典物理学，为理解物质和能量的基本性质提供了一个更准确的框架。他为解释能量量子化而引入的普朗克常数，是量子力学的一个基本常数，在众多计算和方程中发挥着核心作用。

普朗克关于量化的工作和爱因斯坦随后提出的光子概念导致了对波粒二象性的理解。这一概念指出，电子和光子等粒子表现出波状和粒子状的特性，对物理学产生了深远影响。它为量子场理论领域的发展奠定了基础，该理论将粒子的行为描述为量子场中的激发物。

波粒二象性还影响了尼尔斯-玻尔提出的互补性概念的发展，该概念指出，粒子的某些特性只有在特定的实验条件下才能被观察和测量。这些概念已经成为现代物理学的基本内容，并形成了我们对微观世界的理解。

量子力学源于普朗克的工作，导致了许多技术上的进步，彻底改变了各个领域。例如，量子力学的发展在现代电子学的发展中发挥了关键作用，如晶体管和微芯片，它们构成了现代计算机和信息技术的基础。

量子力学还促进了激光器、原子钟、超导体和量子计算的发展。这些技术进步对社会产生了深远的影响，使人们能够更快、更有效地进行通信，改进医疗诊断和治疗，并加强对材料及其特性的了解。

普朗克在量子理论方面的开创性工作为他赢得了1918年的诺贝尔物理学奖。这一认可进一步巩固了他作为当时及以后最有影响力的物理学家之一的地位。普朗克对科学的贡献得到了后世物理学家的认可和赞誉，他们在他的工作基础上取得了进一步的进展。他的遗产继续激励着科学家，他的名字是科学卓越和创新的代名词。

普朗克的能量量化为量子场理论的发展提供了基础，该理论试图将量子力学与狭义相对论统一起来。量子场理论通过将粒子和力视为各自量子场的激发物来描述它们的行为。这一理论框架在解释亚原子粒子的行为和自然界的基本力量方面非常成功。它的发展导致了一些重大发现，如描述电磁学和弱核力统一的电弱理论，以及解释夸克和强核力行为的量子色动力学。

结尾

马克斯-普朗克对科学的贡献，特别是他在量子理论方面的工作，对后代的物理学家和我们对宇宙基本性质的理解产生了深刻而深远的影响。他的开创性思想和发现为现代物理学的发展奠定了基础，并继续影响着今天的科学研究。

普朗克关于量子力学的工作提出了关于现实的本质、决定论和人类知识的局限性的深刻的哲学问题。量子力学的概率性质挑战了经典的决定性因果关系的概念，并引发了辩论。

参考文献

【1】《普朗克传》布兰登•R.布朗 新星出版社出版发行

【2】《理论物理导论》科学出版社出版 程建春 2007

【3】《物理学哲学》马里奥·邦格 河北科技出版社出版 2010