普朗克的为难 02

什么是革命，得是这个思想如此之离经叛道，以至于连革命者本人都反对它，那才是真革命。

万维钢精英日课

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第三季第3篇

普朗克有一句名言说，“新科学事实之所以胜出，并不是因为反对者都被说服了，而是因为反对者最终都死了……然后熟悉这个事实的新一代人长大了。”可能你以前就听到过这句话，以为普朗克是那个传播新思想的人 —— 其实他不是。

在建造量子力学这座宏伟大厦的奠基人里，普朗克极力反对量子力学，不仅是他，就连爱因斯坦本人终其一生都反对量子力学。

你知道为什么吗？

我们来解读一下原因，首先我们先了解一下量子力学的基础知识。

01 光电效应

物理学家在实验中无意间发现，如果把一束光照射在金属板上，有时候金属板会往外发射电子。

因为光是电磁波，电磁波的能量转化为电子的动能，电子运动。

这一点知识我们可以理解，物体获取能量就想运动，吃饱了就想起来走走走。但是却有个奇怪的现象，电子如何往外跑，和光的强度没有关系，和光的颜色（频率）有关系。

比如，红光，不管红光多亮，都没有电子打出。

而相对用很弱的绿光，就有电子打出。

而用蓝光，电子不仅能打出，还打出的速度很快。

麦克斯韦说，理论上电磁波的能量之和光的强度有关，和频率没关系，但是底子为什么不能积累能量之后再跑呢？

02 《关于光产生和转变的一个启发观点》

1905年，爱因斯坦发表《关于光产生和转变的一个启发观点》，说电子之所以非得遇到频率高的光才能跑，是因为光是一份一份的。

爱因斯坦的革命性“观点”是，光，或者不如说所有的电磁辐射，都根本不是波状的，而是分割成一小份一小份的，也就是光量子。

人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。他引入了光子，一个携带光能的量子的概念。

普朗克虽然发现了量子的存在，但他没有爱因斯坦的胆识。

普朗克一直认为爱因斯坦的光电效应解释是不对的，持保留态度，但他同意爱因斯坦发表光量子的思想。

03 普朗克的固执

普朗克曾给维恩写信提到，“当然，光电效应肯定是错误的”。

直到20世纪20年代，普朗克推荐爱因斯坦担任普鲁士科学院院士的时候，在他的推荐信中还提到爱因斯坦对光量子的解释是错的。但是几年后，爱因斯坦因为他的光电效应理论获得了1921年诺贝尔物理学奖，而不是相对论。

在经典物理学中，波动现象是弥漫于空间传播的，而粒子的运动具有一定的轨道，波动性和粒子性是格格不入，不相容的。

同时，在经典力学中，有两个科学范式始终处于竞争之中：波动说和粒子说。对光认识的两种科学范式之争从17世纪初笛卡尔提出的假说开始。

普朗克关于量子的思想，被爱因斯坦发展为光子，即光的粒子，这意味着有关自然界是连续的观点再也维持不下去了。

普朗克这个思想以前，多数物理学家想象经典的自然界是个连续体。

他们认为，各种物质形式以平滑而连续的方式相互衔接。普朗克说，整个公式计算中最根本的一点是，要把以某个频率振动的能量看作由若干相等的、看不见的、一份一份的“量子”构成。

普朗克量子假说的基本思想是：这种世界的连续观点不得不由一种离散观点所取代。

这个思想完全没有先例，是合理推测的一个伟大飞跃由于“离散的”世界观完全颠覆了固有的“连续的”科学范式世界观，普朗克对自己的发现一方面很惊喜，一方面很困惑，因为“离散”的认识违背当时人们固有的思维范式。

在他发现量子公式的几个星期内，坚持不懈地想使自己的公式能符合19世纪物理学的两大理论——热力学和电磁学，但他没能成功。

于是，他提到自己的量子理论时非常保守，只是私下对儿子讲，如果结果是正确的，他可以和牛顿的成就媲美。他确实做到了！

但囿于科学信仰，在漫长的后半生，他企图把他的辐射定律同自然的连续景象调和起来，以致一直“困扰”于自己的伟大发现。

总结

以下是我对今天内容的启发，

• 普朗克不相信量子，这和当时的环境有关，谁都不喜欢去改变一个让自己已经熟悉已久的世界。

• 物理学家追求的是世界的大统一，而一旦有颠覆性的思想汇入，总会让物理学的大厦坐立不安。

• 人们总是相信自己所看到的世界，而不去相信自己看不到的世界，也许量子的世界不会对我们产生各种影响，但却会改变我们的认知