数理化通俗演义：第69章 晴空里飘来一朵乌云 死水上吹起一阵清风（2）

第69章 晴空里飘来一朵乌云 死水上吹起一阵清风

——量子论的产生(2)

这机会终于叫他等到啦。1900年10月19日，柏林物理学会又在举行讨论会。物理学家库尔鲍姆在会上报告了他最近的实验，数据表明虽克服了“紫外灾变”，但仍与维恩公式不符，又是那道不可逾越的难题。谁知这时普朗克恰巧在座，他前几天就知道了这个实验，这种尴尬局面本是意料之中的事。这真是天赐良机，普朗克立即上前在黑板上写出一个自己推出的公式。这个式子无论对长波、短波、高温、低温都惊人地适用，瑞利—金斯公式和维恩公式被和谐地统一到一起。于是满座大惊，虽然还没有一个人能完全弄清楚这个新公式，但是在事实面前却再无人能提出反对意见。会后普朗克的一篇只有三页的短文在物理学会通报上发表了，它成了物理学史上的一座里程碑。物理学会再也不能轻视普朗克的挑战了，两个月后，1900年12月14日，他们在国会大厦附近的赫尔霍姆茨研究所召开会议，特请普朗克介绍这项新发现。

请读者记住这个日子，这天便是量子论的诞生日，它奠定了45年后原子武器的原理。普朗克早就如骨鲠在喉，今天终于能说他个痛快淋漓：“一言以蔽之，我做的这件事，可以简单地看做是孤注一掷。我生性平和，不愿进行任何吉凶未卜的冒险。但是我经过6年的艰苦摸索，终于明白，经典物理学对这个黑体辐射问题是丝毫没有办法的。旧的理论既然无能为力，那么就一定要寻找一个新的解释，不管代价多高也一定要把它找到。除了热力学的两条定律必须维持外，至于别的，我准备牺牲我以前对物理所抱的任何一个信念。问题往往是这样，到实在不能解决时，抛弃旧框子，引入新概念，就立即迎刃而解了。”

普朗克引入了一个什么新概念呢？就是说辐射的能量不是连续的，如管子里流的水那样；而是成一小份一小份的，像机关枪里不断射出的子弹。这一份一份就取名为“量子”，量子在拉丁文里是“分立的部分”或“数量”的意思。把一个整体的连续的能量换个角度看做是无数量子的集合，问题就好解决了。这样还不好懂，我们举一个相似的例子，这本书中曾写到祖冲之求圆周率的故事。圆，这个光溜溜的家伙真不好下手，但是祖冲之偏不把它看成是连续的、完整的圆，而认为是一个圆内接的无限多边的正多边形，边越多，就越趋近于圆，而那个圆周率也越求越精，但总求不完：

=3.141****5358979****4626……

普朗克现在把能量分成许多能量子，这些能量子相加就趋近于它的总能量。

能量子又与它的频率有关，他得出这样一个公式：

能量子=×频率

后来被称作普朗克常数，是：

0.000****0000000****0000000066……

这真是小到极点，它表示我们把每一块物质看成一些跳动的粒子时，这个跳动是多么微弱。但是不要忘了，就是这么个小数字却决定着原子弹那威力无比的爆炸。

但是，普朗克这个新理论实在是太革命了。物理学会虽然请他作了报告，可是还没有一人相信这个新观念，连普朗克本人也觉得最好能把新旧理论统一起来。

他虽然勇敢地提出了新观念，但就如儿子对一个专横暴戾的父亲，忍无可忍而大骂了一声，而这一声刚出口，他就立即受到一种伦理上的自责。在后来一段时间，普朗克总在寻找更好的办法把新观念纳入旧理论，就像牛顿后来用科学来证明上帝一样，一个新理论在诞生之初经常会表现得惴惴不安，未敢立即脱离它的母体。

但是，正当普朗克孤立无援而且自己也有4年时间裹足不前时，瑞士专利局的一个小职员发表了一个重大的声明，带着增援部队杀上阵来。

这个人就是当时还未出名的爱因斯坦（1879—1955）。他提出一个光电效应理论，比普朗克还要大胆。普朗克说物质是一份一份地吸收或放出能量，爱因斯坦说还不止于此，每个能量子在脱出物质之后必定以某种方式表现为像一个粒子，一个光粒子，即我们现在说的光子。实验证明在光电效应中，当光的亮度，即光的量增大时，电子的速度却不能增大。这用麦克斯韦的经典电磁理论无法解释。

而爱因斯坦的新理论立即来拯救这又一个新的“紫外灾变”了。光子像子弹，射在金属上的子弹越多，撞出的电子数越多，但并不能增加它的速度。要想增加电子的飞出速度，就得改用重子弹，加强碰撞力——这就是提高频率。好了，这一下天衣无缝地证明了我们上面提到的普朗克公式：能量子=×频率。这对普朗克真是在关键时刻最关键的支持。爱因斯坦因此获得1921年的诺贝尔奖金。当然普朗克也获得了1920年的诺贝尔奖金。他在一次演说中谦虚地说：“如果一个矿工发现了一座金矿，那是因为地下本来就有金子。我不去发现量子原理，也总有人会去发现它的。”物理学到一定阶段总要推出自己的代表人物的。这是后话。

再说在风雨中艰难挣扎的量子论有爱因斯坦这个大将振臂一呼，总算举起了一杆义旗，陆陆续续也有人加入了这个队伍。于是物理学家能斯特便想召开一个专门会议，检阅一下量子论的队伍以振奋士气。他找到了实业家兼业余科学家索尔维，请他出钱赞助。这个索尔维是比利时人，他因为发明了新的制碱法成了百万富翁。这年他已70多岁，不由想到死后这笔财产怎么处理，何不学诺贝尔，也来资助一下科学发展呢？这样他就欣然答应赞助。两人与普朗克商量后，立即向18位有影响的物理学家发出了会议通知。而这个通知本身就很有学术价值，幸亏它还原封保存了下来。

我们现在的物质分子运动所依据的那些基本原理，似乎正处在革命性的变革之中。一方面，这个理论以一贯之地发展，导致一个其有效性同一切实验发现相抵触的辐射公式，而到现在为止还没有任何人提出过异议；另一方面，从这理论导出的某些有关比热的公式又被大量测量数据所彻底推翻。

像普朗克和爱因斯坦所特别提出的那样，只要对电子和原子在其平衡位置附近的振动作某些限制（能量子理论），这些矛盾便立即消失；但是这个概念离开迄今所应用的那些运动方程是那么远，以致如果接受了它，就势必要对我们现有的种种基本观点来一番大的改造……

1911年10月30日，当时世界上在这一领域内最优秀的18名领袖齐集布鲁塞尔的大都会饭店。但是德高望重的瑞利未能到会，他送来一封短信，对量子论表示反对。琼斯和彭加勒两个大人物也表示反对。不过，临散会时彭加勒已经背叛了经典原理而加入这支义军。还有卢瑟福、居里夫人等五位实验物理学家，他们对这个很玄的理论问题原来也不怎么关心，所以持中立立场，其余11位科学家表示赞成。11年过去了，这支新军从1人发展到12人，虽还不算壮大，却也稍成气候了。

各位读者，我们前面谈到的科学发现的闯将、功臣瑞利、卢瑟福、居里夫人这些大人物，这时却反对起新人物、新理论。这一点也不奇怪，一个人的认识不可能永远超前，尤其是随年龄增长更会有一种思维的惰性。我们不可能要求一个人永远独领风骚，这样也就不成什么世界。

会议的主力当然是普朗克和爱因斯坦了。过去他们只是通信，互表支持，现在为了共同关心的理论相见于会议桌旁，备感亲切。普朗克说：“我应该首先表示对您的感谢。是您在我最困难的时候对我和这一幼弱的理论给予了极关键的支持，并且阐述得比我自己更深刻，更完善。”

“不，您这一发现才是真正的伟大惊人之举，可以预见它将成为20世纪整个物理学研究的基础，分子、原子以及它们变化的能量过程的理论都离不开这一理论的支持。可惜现在人们还不能充分意识到这一点。”

“是的，今天我们一共才邀集了18个人，而且意见还不尽一致。我想再过一年，最多两年，我们将会看到，经典理论中现已显现出来的那个裂缝将不断扩大，那时目前还置身于这个问题之外的人将统统会卷了进来。”

“我相信，用不了两年，这次会议之后就会出现一个量子热的。”“不过爱因斯坦先生，您的聪明智慧胜过我十倍，为什么您不全力以赴在这个理论上再做贡献呢？”

爱因斯坦幽默地捋了一下他的短胡子说：“可惜上帝给我的精力有限，而他又给物理学的晴空里送来两朵乌云。我现被那另一朵乌云罩住正脱不得身呢。”

爱因斯坦说的另一朵乌云是什么，且听下回分解。