物理學史可以分為三個時代，分别是由古希臘學者亞裡士多德開創的亞裡士多德時代，第二個時代就是由伽利略開創到牛頓手裡完善的經典物理學時代，也被稱為牛頓時代，經典物理學是以經典力學、經典電磁場理論和經典統計力學為三大支柱的經典物理體系。。而第三個時代則是現代物理學時代。

我們首先要知道的就是，新的時代的到來并不意味着舊時代被全部推翻，亞裡士多德的許多理論今天在一些領域依然适用，牛頓的經典力學在宏觀低速領域依然是真理。新時代的到來是在新的領域之内産生了新的理論，從而引來着物理研究走向新的方向。

在19世紀中後期，許多物理學家認為這座由經典力學、經典電磁場理論和經典統計力學構建的物理大廈已經足夠完美。著名物理學家基爾霍夫就說過：“物理學已經無所作為，往後無非在已知規律的小數點後面加上幾個數字而已。”

因為當時所有的物理學家都認為一切力學現象原則上都能夠從經典力學得到解釋，牛頓力學以及分析力學已成為解決力學問題的有效的工具。對于電磁現象的分析，已形成麥克斯韋電磁場理論，這是電磁場統一理論，這種理論還可用來闡述波動光學的基本問題。至于熱現象，也已經有了唯象熱力學和統計力學的理論，它們對于物質熱運動的宏觀規律和分子熱運動的微觀統計規律，幾乎都能夠做出合理的說明。

所以物理學“是一門高度發展的、幾乎是臻善臻美的科學”。然而打臉來的太快，黑體輻射與紫外災難直接引發了經典物理學的危機，宣告了第三時代的到來。

我們都知道，到了 19世紀的時候，麥克斯韋的電磁理論已經被接受，這個時候大家就可以研究電磁波了，由此誕生了黑體，黑體則是屬于熱力學範疇，黑體是一個理想化了的物體，為了研究不依賴于物質具體物性的熱輻射規律，物理學家以此作為熱輻射研究的标準物體。它能夠吸收外來的全部電磁輻射，并且不會有任何的反射與透射。換句話說，黑體對于任何波長的電磁波的吸收系數為1，透射系數為0。

其中任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的性質。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關，因而被稱之為 熱輻射。一切溫度高于絕對零度的物體都能産生熱輻射，溫度愈高，輻射出的總能量就愈大， 短波 成分也愈多。

熱輻射的光譜是連續譜，波長覆蓋範圍理論上可從0直至∞，一般的熱輻射主要靠波長較長的可見光和紅外線傳播。由于電磁波的傳播無需任何介質，所以熱輻射是在真空中唯一的傳熱方式。

熱輻射和紅外光線

而随着溫度上升，黑體所輻射出來的電磁波則稱為黑體輻射。19世紀末，盧梅爾等人進行了著名實驗―黑體輻射實驗，發現黑體輻射的能量不是連續的，它按波長的分布僅與黑體的溫度有關。從經典物理學的角度看來，這個實驗的結果是不可思議的。

其中最著名的根據經典物理學體系來解釋黑體輻射的是維恩位移定律，在一定溫度下，絕對黑體的溫度與輻射本領最大值相對應的波長λ的乘積為一常數 ，即λ（m）T=b（微米）。在公式中，b=0.002897m·K，稱為維恩常量。

它表明，當絕對黑體的溫度升高時，輻射本領的最大值向 短波方向移動。維恩位移定律不僅與 黑體輻射的實驗曲線的短波部分相符合，而且對黑體輻射的整個能譜都符合，但是長波不行。

而英國物理學家瑞利和物理學家、天文學家金斯則認為能量是一種連續變化的物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高的時候和實驗事實比較符合的黑體輻射公式。但是，從瑞利——金斯公式推出，在短波區（紫外光區）随着波長的變短，輻射強度可以無止境地增加，這和實驗數據相差十萬八千裡，是根本不可能的。所以這個失敗被埃倫菲斯特稱為“紫外災難”。

簡單來說紫外災難則指的是在經典統計理論中，能量均分定律預言黑體輻射的強度在紫外區域會發散至無窮大，這和事實嚴重違背。

在這個時候，物理學家們驚覺原來還有許多未知的領域等着他們去探索，經典力學并非全知全能，把經典力學奉為聖經在這個時候已經不再适用了。

這個時候，我們的普朗克先生橫空出世，普朗克在年輕的時候，他的老師約裡就曾勸他不要學純理論，然而他的後來被啪啪打臉，因為普朗克成為了牛頓時代的終結者，現代物理學的奠基人。

這才是老師叫普朗克不要學物理的原因啊

普朗克的一生特别悲劇，他的第一任妻子、以及和第一任妻子所生的四個孩子都先他而去。可以說，是一個過得非常辛酸的人。

這裡我們先要了解一下玻爾茲曼常數，玻爾茲曼常數等于理想氣體常數除以阿伏伽德羅常數，即R=kNA，其物理意義是單個氣體分子的平均動能随熱力學溫度變化的系數，即Ek=（3/2）kT，Ek為分子的平均動能，T為絕對溫度。

由于觀測手段的限制，我們無法測量微觀單個分子的動能，但是我們可以測量宏觀系統的溫度，通過玻爾茲曼常數，我們就可以通過測量宏觀物理量來計算微觀物理量。

氣體中的原子和分子沿着各個方向飛速移動，彼此碰撞，也與容器壁碰撞反彈。

玻爾茲曼常數将宏觀世界與微觀世界相連接，而玻爾茲曼後來提出的玻爾茲曼熵公式則同時研究宏觀世界與微觀世界，從宏觀世界入手，去探求微觀世界。在這個公式裡玻爾茲曼給予了“熵”以微觀解釋。将“熵”引入了微觀領域。

普朗克将維恩定律加以改良，又将玻爾茲曼熵公式重新诠釋來解釋黑體輻射現象，從而得到了改變物理世界的普朗克黑體公式。

在進行公式推算的時候，普朗克做了能量量子化假設假設，第一黑體是由帶電諧振子組成(即把組成空腔壁的分子、原子的振動看做線性諧振子)．這些諧振子輻射電磁波，并和周圍的電磁場交換能量。第二就是這些諧振子的能量不能連續變化，隻能取一些分立值，這些分立值是最小能量ε的整數倍，即ε，2ε，3ε，…，nε，… n為正整數，而且假設頻率為ν的諧振子的最小能量為ε=hν稱為能量子，h稱為普朗克常數。

其中能量子是指一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子。

而普朗克常數則是在以後的量子物理學中非常重要的一個自然常數，也是一個物理常數，普朗克常數用以描述量子化、微觀下的粒子，例如電子及光子，在一确定的物理性質下具有一連續範圍内的可能數值。可以說在描述量子大小方面具有非常重要的地位。

普朗克發現電磁波的發射和吸收不是連續的，而是一份一份地進行的，由此普朗克得出來世界上不連續的結論

普朗克常數記為 h，在第 26 屆國際計量大會(CGPM)表決通過，普朗克常數的精确數約為：h=6.62607015×10-34 J·s

簡單來說，普朗克公式隻有在假設能量在傳播的過程中，不是連續不斷的，不存在無限小的單位，而是必須被分成一段、一段的，能量傳播必須有一個最小單位，這個完美的公式及黑體輻射的問題隻有在使用這種假設才能被解釋的通。

可一旦這個假設成立，那麼便意味着由伽利略、牛頓所建立的經典力學的根基就要被動搖，因為在經典力學中，時間、空間、能量都是連續不斷的，可以無限被分割的，普朗克的這個假設就意味着經典力學的根本就是錯誤的。

1900 年 12 月 14 日，在德國物理學會上普朗克公布了其推算得來的普朗克黑體公式，普朗克得到的公式在全波段範圍内都和實驗結果符合得相當好。

而這一天，也将注定被載入史冊，當普朗克在發表這一偉大成果的時候，就标志着量子論的誕生和新物理學革命宣告開始。

後來物理學家們在理論研究與實驗中發現：不單單能量存在着最小單位，空間、時間、長度、角動量、自旋等等物理量都是一段、一段的，它們也都存在着最小單位，量子化是量子力學的基礎。普朗克的發現證明了：原來世界是不連續的。

而到了 1905 年愛因斯坦發表《關于光的産生和轉化的一個試探性觀點》提出了光量子成功解釋光電效應，他在文中對普朗克先前的量子化理論進行拓寬，認為光可以看作由攜帶着量子化能量的"載流子"所組成的粒子，他将這種"載流子"稱為光子，光子的能量等于普朗克常數與其頻率的乘積，因此光的能量隻取決于頻率，而無關乎光強。當光子的波長足夠小、頻率足夠高、能量足夠大時，就足以令電子克服原子核的束縛而逸出，愛因斯坦還提出了每一個光量子的能量E與輻射的頻率ν的關系是E=hν。1924年薩特延德拉·納特·玻色發展了光子的統計力學，從而在理論上推導了普朗克定律的表達式。

普朗克黑體公式順利解決了黑體輻射問題，也解決了紫外災難，但是紫外災難的徹底解決也同樣是由愛因斯坦和薩特延德拉·納特·玻色徹底解決的。

在科學史上很難找到其它發現能象普朗克的基本作用量子一樣在僅僅一代人的短時間裡産生如此非凡的結果。從 1900 年到 1930 年，愛因斯坦、薛定谔、玻爾、海森堡等無數偉大的科學家在此基礎上，提出了影響整個物理研究走向的理論，

而且這個發現将人類的觀念，不僅是有關經典科學的觀念， 而且是有關通常思維方式的觀念的基礎砸得粉碎, 人們意識到，物理研究新的征程已經開啟，新的物理大廈的基石已經夯實，正等着他們添磚加瓦。

現代物理兩大支柱的奠基人

正如愛因斯坦在 1918 年普朗克 60 歲生日時候的演講中說的那樣：

在科學 的殿堂裡有各種各樣的人:有人愛科學是為了滿足智力上的快感;有人是為了純粹功利的目的，而普朗克熱愛科學是為了得到現象世界那些普遍的基本規律, ;他成了一個以偉大的創造性觀念造福于世界的人。

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