Physics 版 (精华区)

发信人: Rg (RedGardenia), 信区: Physics
标  题: §16能  量
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月21日12:54:49 星期三), 站内信件

                   
                       §16能  量
 

   在经典物理学中，究竟是什么东西使普朗克公式不可能
被推导出来呢?  那无非就是经典物理学的最基本的前提之
一：能量是连续的。对当时的物理学家来说，这一陈述是十
分普遍而且不可移易的。
    乍看起来，上面这一陈述似乎与经典物理学的精神相违
背，因为从一开始，它就把不连续性看成是隐藏在事物深处的
原则。道理似乎是一目了然的。如果承认世界上存在着空无
一物的空间的话，那么所有的物体都是孤立着的，都具有各自
的边界。  一个物体不能以连续的形式进入另一个物体之内。
每一物体都终止于某个点上。
    可能事物内部的状况不一样。否。事物内部看来也没有
任何连续性。十九世纪末，经典物理学迫不得已承认了分子
的存在，以及分子间的虚空的存在。分子也具有明显的边界，
只有它们之间的虚空才是连续的。
    顺便提一下，分子能够以某种方式通过这种虚空相互作
用。从法拉第那时起，经典物理学就已尝试以某种中间媒质
的存在来说明这种相互作用：分子相互作用的效应是通过中
间媒质传递的。
    那么能量又如何呢?人们确信当分子彼此碰撞时，能量
能以每一可以想象的数量进行交换。这个交换严格遵循弹子
球的规律。一个运动着的分子撞击一个静止的分子，失掉自
己的一部分动能，然后两个球沿着不同的方向飞开。在正面
撞碰的情况下，主击分子甚至能停下来，而被击分子将以主击
分子原有的速度飞开。分子在不断地交换着能量。
    另外一种形式的能量也被发现。它与分子运动没有明显
的联系，它是波动能量。由于麦克斯威证明光是一种电磁波，
因此光辐射(热辐射的一种)的能量必须遵从所有的波所遵从
的定律。
    不仅如此，这种能量是连续的。这种能量随着流水似的
运动着的波一同传播。一定数量的能量连续地被消耗掉，就
象水源源不断地注入一个容器一样。
    当我们切下一片黄油的时候，我们并不去考虑这小片东
西的连续性。我们总以为愿意切多小，就能切多小。当分子的
要小的一块黄油是不存在的。
    至于能量，则根本不存在分立性那样的概念。看来物质
的原子结构并不要求能量也是由许多"小块"构成的。
    只须环顾一下周围，就可以相信事情确是这样的。蜡烛
的光将房间充满了均匀的辐射能流，正象太阳永远保持着它
的永不间断的光线长河一样。我们同样还看到下山的火车、
正在坠落的石头是怎样平滑地增加着它们的速度的(与之俱
增的也就是能量)。
    不妨想象一下能量也能一小部分、一对、部分地被获得或
被丢掉。回想一下早年的跳动的电影吧：蜡烛的火焰忽地腾
起，忽地低落；太阳就象在放连珠炮似地把自己的光能以乍隐
乍显的闪光形式倾泻出来。下坡的火车颠簸而行；石头在空
中跳动，直至坠落于地。    '
    "胡说八道!"这极可能就是普朗克最初的建议所遭到的
评价。它的建议是：射能量（正象物质本身一样)也是由一
个个能量原子构成的；能量的释放和获取不是连续的，而是一
小份，一小份的，普朗克把每一小份能量叫做一个量子。这
个字是从拉丁文quantum而来的，它的意思就是数量。要是
普朗克知道这个数量将产生什么样的质量，他该怎么想啊!
    在普朗克公式中，量子是个极其重要的角色。如果没有
量子的话，他的公式将要遭到惨败，最后与许多缺乏实证的公
式一齐被送进尘封了的科学档案堆。
    这些能量子成了普朗克公式的坚实基础。可是这个基础
本身几乎无处栖息，因为它在经典物理学中是没有任何地位
的。这的确使谨慎的普朗克感到困惑。要摆脱一辈子的习惯
可不是一件容易的事。

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