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【早安你好,來點科學?】學物理的孩子不會變壞,但是會變⋯?

Pomelan | 2022-01-10 09:00:03 | 巴幣 23924 | 人氣 3566


早安你好,來點科學?就決定用這當新系列的標題了,未來不定期的早上九點發文,但我也不知道能堅持多久,總之且做且觀察吧。

今天算是老圖重發,不過這回我們來看一看梗圖背後的故事,講一講普朗克的故事。

《學物理的孩子不會變壞,但是會變⋯?》

  馬克斯·普朗克(Max Planck),開創量子力學領域,引領物理學進入全新時代,不過代價顯然就是,變邋塌了(誤)。

  普朗克1858年4月23日在德國出生,他老爸、阿公、阿祖都是教授,家世可謂相當了得。

  加上他外表俊俏,還有著極佳的音樂天賦,幾乎就是那種教科書等級的大家公子了,不過當他學至大學,卻選擇了一條和這形象截然不同的道路:物理學

  (補充:其實普朗克也沒有完全放棄音樂,只是把音樂變成興趣而已,他投身物理之後還是會彈鋼琴的。)

  但他進入大學的那個時代,古典物理學已經發展得差不多了,連教授都勸他別學物理,因為這裡已經沒東西可以再研究了,只剩下一些不重要的小空白。

  但普朗克依然決定以物理為畢生志向,因為他本來就沒有期望在物理的汪洋中發現新大陸,他只想做一名忠誠的守護者,在既有的基礎之下追求更深的理解。

  然而,這時候的普朗克,殊不知自己將在未來親手擊碎這個夢想。

  (補充:1878年,普朗克20歲,圖中左側那張盛世美顏就是當時拍的。)

  普朗克在就學時便取得了教師資格,並在年僅21歲時就遞交了博士論文,畢業之後進入學校教書,直到1894年被選為普魯士科學院的院士。

  (補充:普朗克任教職時指導了大約20位博士生,其中就有3位得了諾貝爾獎,其他幾位也多對科學界有所貢獻。)

  至此,普朗克開始研究那個即將改變世界的題目:「黑體輻射」,先解釋什麼是「黑體」,那是一種並不實際存在的假想物體,黑體能吸收外來的所有電磁波,且不會發生反射與透射,而當黑體的溫度上升時,黑體則會向外放出電磁波,這就稱為「黑體輻射」。

  (補充:電磁波是一系列波長與頻率不同的波,我們平常能看到的可見光也是電磁波的一種,波長約介於380奈米~760奈米之間,頻率則約介於790兆赫茲~400兆赫茲之間。)

  然而當時的黑體輻射有個小問題。

  這故事要從1896年開始說起,物理學家維因,提出了一個公式,用以計算黑體輻射的頻率和能量間的關係,結果卻發現這公式只能對高頻率黑體輻射使用,低頻率就會出錯。

  普朗克於是也開始研究這個問題,想盡辦法得出了一個能在低頻率和高頻率都適用的式子,終於,1900年,他公佈了那驚世駭俗的普朗克關係式:「E=hν」(能量=普朗克常數×頻率)。

  (補充:1900年時,還有另一位物理學家瑞利,提出了另一個公式,同樣用以計算黑體輻射的頻率和能量間的關係,結果卻發現這公式只能對低頻率黑體輻射使用,高頻率就會出錯。)

  為了完成這條公式,普朗克顛覆了古典物理學中的傳統觀念,不再將能量視為連續且不可分割的波,而是將能量暫時當作具有最小單位的粒子來看待,也就是「量子」。

  本來以古典物理守護者為志向的普朗克,這時只能看著自己過去的認知在面前崩塌,就如同一個虔誠的信徒,無意間找到了神不存在的鐵證一樣,讓他一時難以接受自己的研究成果。

  因此,自從普朗克提出量子之後,他又花了數年的時間想讓量子符合古典物理學,試圖對抗自己的理論,然而數學的證據最後還是讓他認知到,這麼做只會徒勞無功。

  (補充:1901年,普朗克43歲,圖中右側的照片或許就是因為他正忙著和自己的理論打架,所以看起來才這麼狂野吧?)

  普朗克逐漸釋懷的同時,也持續對科學界貢獻心力,例如愛因斯坦相對論首次發表時,普朗克就是那少數幾個看出重要性的人,正是有他的提拔,愛因斯坦的光芒才得以閃耀。

  普朗克的科學成就讓他在1918年獲得了諾貝爾物理學獎,還在有生之年就被印在德國的貨幣和郵票上,但就如同那句話所說:「當上帝為你開了一扇窗,祂同時會幫你關一扇門。」(嗯?)

  和普朗克的科學成就相比,他晚年的家庭生活其實相當悲傷。

  1887年,他和第一任妻子瑪麗結婚,育有兩個兒子和兩個女兒,但1909年瑪麗就因病過世。他接著在兩年後的1911年和第二任妻子瑪格麗特再婚,並又獲得一個兒子。

  然而他的大兒子在一戰時陣亡、二兒子也在一戰時被俘,後在二戰時捲入希特勒刺殺案而被判死、大女兒和二女兒則都因難產相繼去世。

  他的住宅亦在1944年被空襲夷平,家中的書籍、科學記錄毀於一旦。

  但普朗克沒有被打倒,仍不斷四處演講,甚至成為英國皇家學會紀念牛頓誕辰300周年時,唯一一位受邀的德國人,就連德國最具盛名的科學研究機構,都改名為馬克斯·普朗克學會並沿用至今,他至死都在為自己一生熱愛的科學奉獻生命。

  普朗克最終在1947年10月4日與世長辭,享壽89歲,留給後世龐大的學術資產,開闢了物理學的全新時代。

  這就是普朗克傳奇的一生。



翻譯與撰文:Pomelan
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寫這篇的時候一直覺得很不踏實,因為內容涉及太多專業領域,深怕理解錯誤,想要兼顧淺白和深度,卻做得不好,因此文中如有任何錯誤,請各位務必不吝指正,萬分感謝。

創作回應

henry455235
不管他吸了什麼也給我來一點
2022-01-10 23:01:08
Pomelan
量子,他吸了量子
2022-01-11 00:36:59
水果茶
就是你 發現了這鬼東西 害我要學這些
2022-01-11 00:18:42
Pomelan
笑死,又到了學生們想回到過去謀害科學家的時刻
2022-01-11 00:37:33
米蘭
所以是物理害了霍金嗎,我要綁架物理叫他贖罪
2022-01-11 01:06:43
Rubik
想像一下,如果神說:喔?這人在研發科學阿……嗯?學術貢獻高、家教與收入也都很不錯……好吧,為了搞死你,我只能發動世界大戰了(棒讀
2022-01-11 01:25:48
章魚茶
幸好那時候程式模擬還沒出現,不然他應該看起來狂暴個至少兩倍
2022-01-15 18:22:28

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