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1700959206 10月19日,普朗克在柏林德国物理学会(Deutschen Physikalischen Gesellschaft)的会议上,把这个新鲜出炉的公式公之于众。当天晚上,鲁本斯就仔细比较了这个公式与实验的结果。结果,让他又惊又喜的是,普朗克的公式大获全胜,在每一个波段里,这个公式给出的数据都十分精确地与实验值相符合。第二天,鲁本斯便把这个结果通知了普朗克本人,在这个彻底的成功面前,普朗克自己都不由得一愣。他没有想到,这个完全是侥幸拼凑出来的经验公式居然有着这样强大的威力。
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1700959208 当然,他也想到,这说明公式的成功绝不仅仅是侥幸而已。这说明,在那个神秘的公式背后,必定隐藏着一些不为人们所知的秘密。必定有某种普适的原则假定支持着这个公式,这才使得它展现出无比强大的力量来。
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1700959210 普朗克再一次注视他的公式,它究竟代表了一个什么样的物理意义呢?他发现自己处于一个相当尴尬的地位:知其然,但不知其所以然。是的,他的新公式管用!但为什么呢?它究竟是如何推导出来的呢?这个理论究竟为什么正确,它建立在什么样的基础上,它到底说明了什么?这些却没有一个人可以回答,甚至公式的发现者自己也不知道。
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1700959212 普朗克闭上眼睛,体会着兴奋、焦急、疑惑、激动、失望混杂在一起的那种复杂感情。到那时为止,他在黑体的迷宫中已经磕磕绊绊地摸索了整整6年,现在终于误打误撞地找到了出口。然而回头望去,那座迷宫却依然神秘莫测,大多数人依然深陷其中,茫然地寻找出路,就连普朗克自己,也没有把握能够再次进入其中而不致迷失。的确,他只是侥幸脱身,但对于这座建筑的内部结构却仍然一无所知,这叫普朗克怎能甘心“见好就收”。不,他发誓要彻底征服这个谜题,把那个深埋在公式背后的终极奥秘挖掘出来。他要找到那张最初的设计蓝图,让每一条暗道、每一个密室都变得一目了然。普朗克并不知道他究竟会发现什么,但他模糊地意识到,这里面隐藏的是一个至关重要的东西,它可能关系到整个热力学和电磁学的基础。这个不起眼的公式只是一个线索,它的背后一定牵连着一个沉甸甸的秘密。突然之间,普朗克的第六感告诉他,他生命中最重要的一段时期已经到来了。
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1700959214 多年以后,普朗克在信中说:
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1700959216 “当时,我已经为辐射和物质的问题而奋斗了6年,但一无所获。但我知道,这个问题对于整个物理学至关重要,我也已经找到了确定能量分布的那个公式。所以,不论付出什么代价,我必须找到它在理论上的解释。而我非常清楚,经典物理学是无法解决这个问题的……”(5)
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1700959218 在人生的分水岭上,普朗克终于决定拿出他最大的决心和勇气,来打开面前的这个潘多拉盒子,无论那里面装的是什么。为了解开这个谜团,普朗克颇有一种破釜沉舟的气概。除了热力学的两个定律他认为不可动摇之外,甚至整个宇宙,他都做好了抛弃的准备。不过,饶是如此,当他终于理解了公式背后所包含的意义之后,他还是惊讶到不敢相信和接受所发现的一切。普朗克当时做梦也没有想到,他的工作绝不仅仅是改变物理学的一些面貌而已。事实上,大半个物理学和整个化学都将被彻底摧毁和重建,一个神话时代即将拉开帷幕。
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1700959220 1900年年末的柏林上空,黑体这朵飘在物理天空中的乌云,内部开始翻滚动荡起来。
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1700959222 饭后闲话:世界科学中心
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1700959224 在我们的史话里,我们已经看见了许许多多的科学伟人,从中我们也可以清晰地看见世界性科学中心的不断迁移。
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1700959226 现代科学创立之初,也就是十七八世纪的时候,英国是毫无争议的世界科学中心(以前是意大利)。牛顿作为一代科学家的代表自不用说,波义耳、胡克,一直到后来的戴维、卡文迪许、道尔顿、法拉第、托马斯·杨,都是世界首屈一指的大科学家。但是很快,这一中心转到了法国。法国的崛起由伯努利(D.Bernoulli)、达朗贝尔(J.R.d’Alembert)、拉瓦锡、拉马克(J.B. Lamarck)等开始,到了安培(A.M. Ampere)、菲涅尔、卡诺(N.Carnot)、拉普拉斯、傅科、泊松、拉格朗日(J.L.Lagrange)的时代,已经在欧洲独领风骚。不过进入19世纪后期,德国开始迎头赶上,涌现出了一大批天才:高斯(C.F.Gauss)、欧姆(G.S.Ohm)、洪堡(Alexander von Humboldt)、沃勒(F.Wohler)、亥姆霍兹、克劳修斯、玻尔兹曼、赫兹、希尔伯特(D.Hilbert)……虽然英国连出了法拉第、麦克斯韦、达尔文这样的伟人,也不足以抢回它当初的地位。到了20世纪初,德国在科学方面的成就到达了最高峰,成为世界各地科学家心目中的圣地。柏林、慕尼黑和哥廷根成为当时自然科学当之无愧的世界性中心。我们在以后的史话里,将会看到越来越多德国人的名字。
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1700959228 1918年,德国在第一次世界大战中战败,随即签署了“根本不是和平,而只是20年停战”的《凡尔赛条约》。在这个极为屈辱的条约下,德国损失了14%的本国领土,10%的人口,全部海外殖民地和海外资产,75%的铁矿,超过一半的煤炭,绝大多数的火车头和机动车辆,全国一半的奶牛,1/4的药品和化工制品,90%的战舰,加上当时尚未决定上限的巨额赔款。沉重的赔偿负担使得国内发生了极为可怕的超级通货膨胀。1919年1月,8.9马克可兑1美元,到了1923年年底一路狂泻至4,200,000,000,000马克兑1美元。新建立的魏玛共和国在政治、军事、经济上都几乎濒于残废。
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1700959230 然而,德国的科学却令人惊异地始终保持着世界最高的地位。哪怕大学的资源严重不足,教授的工资甚至不足以养家糊口,哪怕德国科学家在很长时间内被排斥在国际科学界之外:在1919年到1925年间举行的275个科学会议中,就有165个没有邀请德国人。尽管如此,德国科学仍然在如此艰难的境地中自强不息。量子力学在此发源,相对论在此壮大,在材料、电气、有机化学、制药以及诸多的工程领域,德国都取得了巨大的成就。美国虽然财大气粗,但它最好的人才——包括奥本海默和鲍林——也不得不远涉重洋,来到哥廷根和慕尼黑留学。在骄傲的德国人眼中看来,科学技术的优势已经不仅仅是战后振兴国家的一种手段,还是维护国家光荣和体现德意志民族尊严的一个重要标志。1918年普朗克在普鲁士科学院发言时说:“就算敌人剥夺了我们祖国的国防力量,就算危机正在我们眼前发生,甚至还有更严重的危机即将到来,有一样东西是不论国内或国外的敌人都不能从我们手上夺走的,那就是德国科学在世界上的地位……(学院的首要任务)就是维护这个地位,如果有必要的话,不惜一切代价来保卫它。”
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1700959232 不仅仅是自然科学,魏玛共和国期间德国整个的学术文化呈现出一片繁荣景象。海德格尔(Martin Heidegger)在哲学史上的地位无须赘述,马克斯·韦伯(Max Weber)名震整部社会科学史,施密特(Carl Schmitt)是影响现代宪政最重要的人物之一。心理学方面,格式塔(Gestalt)学派也悄然兴起。在文学上,霍普特曼(Gerhart Hauptmann)和托马斯·曼(Thomas Mann)两位诺贝尔奖得主双星闪耀,雷马克(E.M. Remarque)的《西线无战事》是20世纪有名的作品之一。戏剧、电影和音乐亦都迅速进入黄金时代,风格变得迷人而多样化。德国似乎要把它在政治和经济上所失去的,从科学和文化上赢回来。对于魏玛这样一个始终内外交困,14年间更迭了20多次内阁的政权来说,这样的繁荣也算是一个小小的奇迹,引起了众多历史学家的兴趣。不幸的是,纳粹上台之后,德国的科技地位一落千丈,大批科学家出逃外国,直接造成了美国的崛起,直到今日。
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1700959234 只是不知,下一个霸主又会是谁呢?
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1700959236 上帝掷骰子吗?:量子物理史话(升级版) [:1700958601]
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1700959239 上次说到,普朗克在研究黑体的时候,偶尔发现了一个普适公式,但是,他却不知道这个公式背后的物理意义。
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1700959241 为了能够解释他的新公式,普朗克已经决定抛却他心中的一切传统成见。他反复地咀嚼新公式的含义,体会它和原来那两个公式的联系以及不同。我们已经看到了,如果从玻尔兹曼运动粒子的角度来推导辐射定律,就得到维恩的形式,要是从麦克斯韦电磁辐射的角度来推导,就得到瑞利—金斯的形式。那么,新的公式,它究竟是建立在粒子的角度上,还是建立在波的角度上呢?
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1700959243 作为一个传统保守的物理学家,普朗克总是尽可能地试图在理论内部解决问题,而不是颠覆这个理论以求得突破。更何况,他面对的还是有史以来最伟大的麦克斯韦电磁理论。但是,在种种尝试都失败了以后,普朗克发现,他必须接受他一直不喜欢的统计力学立场,从玻尔兹曼的角度来看问题,把熵和概率引入到这个系统里来。
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1700959245 那段日子,是普朗克一生中最忙碌,却又最光辉的日子。20年后,1920年,他在诺贝尔得奖演说中这样回忆道:
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1700959247 “……经过一生中最紧张的几个礼拜的工作,我终于看见了黎明的曙光。一个完全意想不到的景象在我面前呈现出来。”
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1700959249 什么是“完全意想不到的景象”呢?原来普朗克发现,仅仅引入分子运动理论还是不够的。在处理熵和概率的关系时,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。
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1700959251 为了引起各位读者足够的注意力,我想我应该把上面这段话重复再写一遍,而且必须尽可能地把字体加大加粗:
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1700959253 必须假定,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。
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1700959255 在了解它的具体意义之前,不妨先了解一个事实:正是这个假定,推翻了自牛顿以来200多年、曾经被认为是坚不可摧的经典世界。这个假定以及它所衍生出的意义,彻底改变了自古以来人们对世界的最根本的认识。极盛一时的帝国,在这句话面前轰然土崩瓦解,坍塌得是如此干干净净,就像爱伦·坡笔下厄舍家那间不祥的庄园。
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