上帝掷骰子吗？量子物理史话（一） (5-2)

· 菲涅尔采用了光是一种波动的观点，并以严密的数学推理，极为圆满地解释了光的衍射问题。菲涅尔理论的这个胜利成了第二次波粒战争的决定性事件。菲涅尔用横波理论成功地解释了偏振现象，攻克了战役中最难以征服的据点。

· 在光学方面，波动已经统一了天下，新的电磁理论更把它的光荣扩大到了整个电磁世界。在热方面，热力学三大定律已经基本建立（第三定律已经有了雏形），而分子运动论和统计热力学也被成功地建立起来了。这一切都彼此相符而互相包容，形成了一个经典物理的大同盟。经典力学、经典电动力学和经典热力学（加上统计力学）形成了物理世界的三大支柱。

二、乌云

· 迈克尔逊-莫雷实验的用意在于探测光以太对于地球的漂移速度。实验表明，以太似乎对穿越于其中的光线毫无影响。

· 物理上定义的“黑体”，指的是那些可以吸收全部外来辐射的物体，比如一个空心的球体，内壁涂上吸收辐射的涂料，外壁开一个小孔。

· 维恩从经典热力学的思想出发，假设黑体辐射是由一些服从麦克斯韦速率分布的分子发射出来的，他提出了辐射能量分布定律公式（维恩公式），其中ρ表示能量分布的函数，λ是波长，T是绝对温度，a、b是常数：

α

ρ＝bλ⁻⁵e – ──

λT

· 瑞利抛弃玻尔兹曼的分子运动假设，简单地从经典的麦克斯韦理论出发，他也得出了自己的公式。另一位物理学家金斯计算出了公式里的常数，最后他们得到的瑞利—金斯公式，其中ν是频率，k是玻尔兹曼常数，c是光速：

8πυ²

ρ＝── kT

c³

· 维恩公式和瑞利—金斯公式分别只有在短波和长波的范围内才能起作用。如果我们从粒子的角度出发去推导，就得到适用于短波的维恩公式。如果从经典的电磁波的角度去推导，就得到适用于长波的瑞利—金斯公式。

· 普朗克无意中凑出了一个公式。在长波的时候，它表现得就像正比关系一样。而在短波的时候，它则退化为维恩公式的原始形式。这就是著名的普朗克黑体公式：

c₁λ⁻⁵

ρ＝──

c₂

e ── –1

λT

· 如果要使我们的新方程成立，就必须做一个假定：假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。正是这个假定，推翻了自牛顿以来被认为是坚不可摧的经典世界。

· 能量的传输必须有一个最小的基本单位，这个基本单位，普朗克把它称作“量子”。这个最小单位等于一个常数乘以特定辐射的频率。用一个简明的公式来表示，其中E是单个量子的能量，ν是频率，h就是“普朗克常数”，它约等于6.626×10^-34焦耳/秒：

E＝hυ

三、火流星

· 当光照射到金属上的时候，会从它的表面打出电子来。对于光与电之间存在的这种饶有趣味的现象，人们给它取了一个名字，叫作“光电效应”。

· 对于特定的金属，能不能打出电子，由光的频率说了算。而打出多少电子，则由光的强度说了算。每一种特定频率的光线，它打出的电子的能量有一个对应的上限。

· 根据麦克斯韦理论，一个电子被击出应该是一个连续的过程。在光照和电子飞出这两者之间就应该存在一个时间差。但是实验表明，电子的跃出是瞬时的。

· 爱因斯坦认为，从一点所发出的光线在不断扩大的空间中传播时，它的能量不是连续分布的，而是由一些数目有限的、局限于空间中某个地点的“能量子”所组成的。组成光的能量的这种最小的基本单位被称为“光子”。

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