上帝擲骰子嗎 網路作家

第5部分 (第1/4頁)

確�淠芰糠植記�摺！昂諤宸�洹閉飧齦拍鈐蚴怯晌按蟮幕��舴潁╣ustavrobertkirchhoff）提出，並由斯特藩（josefstefan）加以總結和研究的。到了19世紀80年代，玻爾茲曼建立了他的熱力學理論，種種跡象也表明，這是黑體輻射研究的一個強大理論武器。總而言之，這一切就是當威廉？維恩（wilhelmwien）準備從理論上推導黑體輻射公式的時候，物理界在這一課題上的一些基本背景。

維恩是東普魯士一個地主的兒子，本來似乎命中註定也要成為一個農場主，但是當時的經濟危機使他下定決心進入大學學習。在海德堡、哥廷根和柏林大學度過了他的學習生涯之後，維恩在1887年進入了德國帝國技術研究所（physikalischtechnischereichsanstalt，ptr），成為了赫爾姆霍茲實驗室的主要研究員。就是在柏林的這個實驗室裡，他準備一展他在理論和實驗物理方面的天賦，徹底地解決黑體輻射這個問題。

維恩從經典熱力學的思想出發，假設黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速率分佈的分子發射出來的，然後透過精密的演繹，他終於在1893年提出了他的輻射能量分佈定律公式：u=b（λ^…5）（e^…a/λt）

（其中λ^…5和e^…a/λt分別表示λ的…5次方以及e的…a/λt次方。u表示能量分佈的函式，λ是波長，t是絕對溫度，a；b是常數。當然，這裡只是給大家看一看這個公式的樣子，對數學和物理沒有研究的朋友們大可以看過就算，不用理會它具體的意思）。

這就是著名的維恩分佈公式。很快，另一位德國物理學家帕邢（f。paschen）在蘭利的基礎上對各種固體的熱輻射進行了測量，結果很好地符合了維恩的公式，這使得維恩取得了初步勝利。

然而，維恩卻面臨著一個基本的難題：他的出發點似乎和公認的現實格格不入，換句話說，他的分子假設使得經典物理學家們十分地不舒服。因為輻射是電磁波，而大家已經都知道，電磁波是一種波動，用經典粒子的方法去分析，似乎讓人感到隱隱地有些不對勁，有一種南轅北轍的味道。

果然，維恩在帝國技術研究所（ptr）的同事很快就做出了另外一個實驗。盧梅爾（ottorichardlummer）和普林舍姆（ernstpringsheim）於1899年報告，當把黑體加熱到1000多k的高溫時，測到的短波長範圍內的曲線和維恩公式符合得很好，但在長波方面，實驗和理論出現了偏差。很快，ptr的另兩位成員魯本斯（heinrichrubens）和庫爾班（ferdinandkurlbaum）擴大了波長的測量範圍，再次肯定了這個偏差，並得出結論，能量密度在長波範圍內應該和絕對溫度成正比，而不是維恩所預言的那樣，當波長趨向無窮大時，能量密度和溫度無關。在19世紀的最末幾年，ptr這個由西門子和赫爾姆霍茲所創辦的機構似乎成為了熱力學領域內最引人矚目的地方，這裡的這群理論與實驗物理學家，似乎正在揭開一個物理內最大的秘密。

維恩定律在長波內的失效引起了英國物理學家瑞利（還記得上次我們閒話裡的那位苦苦探究氮氣重量，並最終發現了惰性氣體的爵士嗎？）的注意，他試圖修改公式以適應u和t在高溫長波下成正比這一實驗結論，最終得出了他自己的公式。不久後另一位物理學家金斯（j。h。jeans）計算出了公式裡的常數，最後他們得到的公式形式如下：u=8π（υ^2）kt/c^3

這就是我們今天所說的瑞利…金斯公式（rayleigh…jeans），其中υ是頻率，k是玻爾茲曼常數，c是光速。同樣，沒有興趣的朋友可以不必理會它的具體涵義，這對於我們的故事沒有什麼影響。

這樣一來，就從理論上證明了u和t在高溫長波下成正比的實驗結果。但是，也許就像俗話所說的那樣，瑞利…金斯公式是一個拆東牆補西牆的典型。因為非常具有諷刺意義的是，它在長波方面雖然符合了實驗資料，但在短波方面的失敗卻是顯而易見的。當波長λ趨於0，也就是頻率υ趨向無窮大時，大家可以從上面的公式裡看出我們的能量輻射也將不可避免地趨向無窮大。換句話說，我們的黑體將在波長短到一定程度的時候釋放出幾乎是無窮的能量來。

這個戲劇性的事件無疑是荒謬的，因為誰也沒見過任何物體在任何溫度下這樣地釋放能量輻射（如果真要這樣的話，