Physics 版 (精华区)

发信人: Rg (RedGardenia), 信区: Physics
标  题: §17行踪飘忽的量子
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月22日16:15:21 星期四), 站内信件

                 §17行踪飘忽的量子
   
  
    光量子是一份极小的能量。最小的尘粒也有几十亿个原
子。一个小小的萤火虫释放的能量也包含几十亿个量子。
    现在让我们看看每份能量究竟有多大。对于不同型式的
辐射来说，每份能量的大小也不一样，这是普朗克所做的极为
重要的发现。光的波长越短，也就是说它的频率越高(换句话
说，光线越紫)，则每份能量也就越大。
    如果用数学形式表示出来，那就是著名的频率与量子能
量的普朗克关系：
    E=hv
这里E是这量子的能量：V是量子的频率；h是一个比例常
数。对于已知的所有形式的能量而言，这个常数都是一个定
值。它就叫作普朗克常数或作用量子。它的数值是6X10^(-27)
尔格·秒。这个数值尽管这样小，可是对物理学家来说，它的
价值却非常地大。
    正是因为量子的数值是这样地微乎其微，因而在我们看，
来蜡烛或太阳总是发出稳定的光芒。为了说明问题，让我们
计算一下25瓦电灯泡每秒发射的量子数。假设发出的光是
黄色的，根据普朗克关系，我们得出量子数为6 X 10^(19)，也就
是每秒发出六千亿亿份能量。这么多份能量就是一个小小的
25瓦灯泡在一秒钟内发射出来的!
    很显然，对那样大小的能量来说，人的眼睛看来是不够灵
敏的。可是事实却不是这样。眼睛是一个极其灵敏的仪器。
苏联物理学家瓦维洛夫的实验令人信服地证实了这一点。一
个观察者在黑暗中先呆上一段时间(以增加视觉的灵敏度)，
然后接通一个特别微弱的、每秒钟只发射很少的量子的光源。
眼睛几乎能将光量子一个个分别地记录下来。
    问题不在于量子的能量的大小，而在于它们是极快地接
踵而来的。我们已经说过，甚至一个小小的灯泡每秒钟也能
发射几千亿亿个光子。而人类的眼睛就象任何其他仪器一
样，是以某种时滞工作着的。它不能从某种快速接续的事件
系列中将各个事件分别地记录下来。正是眼睛的这种视觉保
留特性使电影成为可能。这样我们就把银幕上的景物看成是
一个连续的事件系列，虽然我们知道整个电影是由一帧帧不
连续的画面构成的。
    光源发射的能量子快得多地接踵而至，因此人的眼睛就
把光线看成是一个连续的光流。
  瓦维洛夫的实验是在三十年代进行的，这时普朗克的量
子观点已被普遍承认。可是普朗克本人却没有能够用直接的
实验来证明自己的发现。
    一个公式能被实验证明，但是又无理论依据，--乍看起
来，这样的事情是很难理解的。尤其是导出普朗克公式的推
理简直与传统观念格格不入，因而这样的公式就更加难以置
信。  这就是为什么普朗克在柏林科学院提出他的报告的时
候，科学界并没有对此表示出很大的热情。科学家也是人，他
们需要时间来消化那些不合常规的事情。
    普朗克本人充分意识到他对经典物理学发动的进攻大胆
到什么程度，因此他焦急地在为这样的进攻寻找理由。当然，
他绝对想象不到仅在几年以后，就要出现使整个物理学革命
化的巨大发展。
    二十世纪最初的几年--也就是1901、1902、1903、1904
这几年悄悄地过去了，人们对量子理论仍未给以任何重视。
曾经发表过的有关文章也是屈指可数的。

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