以下文章来源于赛先生 ，作者张天蓉
赛先生
启蒙，探索，创造。
图源：wikipedia
编者按：
1900年4月，著名物理学家开尔文男爵发表了他的著名演讲，提到物理学阳光灿烂的天空中漂浮着的“两朵小乌云”。谁能想到，其中的一朵竟引发了一场颠覆经典物理学的量子革命。在这场至今仍未完成的革命中，多少英雄前仆后继，为量子大厦夯实根基、添砖加瓦……
从去年11月开始，“赛先生”特邀美国理论物理博士、科普作家张天蓉，开设“量子群英传”专栏，通过一个个生动的人物故事，将量子物理的百年历史娓娓道来。
本文为“开天辟地”的第一回：黑体辐射叛逆经典 普朗克释放量子妖精。
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撰文 | 张天蓉
量子学之父，已垂垂老矣
1946年夏天的英国剑桥，弯弯曲曲的剑河两岸，既有壮观的哥特式风格建筑，又有柳绿青翠的田园风光。一位老者，步履蹒跚地徘徊于一条田间小路，若有所思，若有所忆，不经意间撞到一个正在玩耍的小男孩。
男孩金发碧眼，看似八、九来岁，观此身着西装之老者：饱满的前额，几根稀疏的头发，纹丝不乱地贴在光秃秃的大脑门上，眼镜下透出的目光，虽沉稳却显无力。男孩感觉他不似当地人，于是张口便问：“老爷爷何方人士？”
老者见孩子聪明可爱，布满皱纹的脸上浮起一丝难得的笑容，仿孩子的语气答曰：“在下德国人普朗克是也！”
不料男孩眼睛一亮：“莫非是那位打开潘多拉魔盒，放出了量子小妖精的马克斯·普朗克？”
老者道：“正是敝人......”
孩子喜出望外：“啊，原来你就是前辈们常提起的量子之父！久仰久仰！”
男孩立即兴奋地拉住老者不放，要听他讲量子妖精的故事......
图源：colnect.com
这段对话是笔者杜撰的，但场景和年代却是真实的。那年刚刚停止战乱，大局方定。已经88岁的普朗克，支撑着虚弱不堪的病体，从柏林来到英国，参加英国皇家学会举办的，因战乱而推迟了四年的牛顿诞辰300周年纪念会。在所有与会科学家中，普朗克是唯一受到邀请的德国人，这固然是基于他在科学界的崇高地位。
田间漫步的普朗克，当年的确是到了行思坐忆的年龄，小男孩的一连串问题勾起了他的回忆，往事一桩桩浮上脑际......
这次来参加他毕生崇拜的物理学祖师爷牛顿之300年冥寿纪念会，怎能不回忆自己 “理解和质疑同在，保守与创新共存” 的学术生涯？皇家学会邀请的专家遍布世界各地，周培源、钱三强、何泽慧等中国物理高手亦受邀请。当年的德国人中不乏有名的物理学家，纪念会却独请他一人。
悲情伟人，以国以民为先！作为一个热爱德意志的战败国国民，他是否会反思他那盲目的爱国情怀？他又怎能不缅怀他的民族及自己坎坷磨难的一生呢？还有他破碎的家庭和两次大战中失去的亲人……
况且，他来参加会议的目的之一，仍然是企图战后重建德国科学界的地位。
马克斯·普朗克（Max Planck，1858-1947）出身于一个学术家庭，曾祖父和祖父都是神学教授，父亲是法律教授。普朗克是父亲这个大家庭中的第六个孩子，在德国北部之城基尔出生。
普朗克从小就是科学的信徒！牛顿的信徒！经典物理的信徒！虽然他很有音乐天赋，唱歌弹琴都很在行，还曾经准备攻读音乐，但最后仍然舍弃不了更为钟爱的物理！
他的大学数学老师亦尝劝之：弃物理，学别的！因为物理那儿已经有了牛顿和麦克斯韦之理论，经典物理学的大厦完美无缺，凡事皆有路可循、有道可通，似乎已经无题可究、无物可修了，剩下的只是打扫垃圾、填补漏洞而已！
普朗克则淡然答之：“吾并非期待发现任何新大陆，仅望深入理解已存之物理学基础，知足也。”
爱因斯坦在1918年4月由柏林物理学会举办的普朗克60岁生日庆祝会上发表演讲曰：“科学殿堂各式各样人物多矣，或求智力快感者，或欲追名逐利者。普朗克却非此二类人士，纯粹为虔诚物理之信徒，此吾所以深爱之也。”
1877年，普朗克转学到柏林洪堡大学，在著名物理学家亥姆霍兹、基尔霍夫，数学家卡尔·魏尔施特拉斯手下学习。普朗克虽然在学术上受益匪浅，但对老师们的教学态度则不以为然。例如，普朗克如此评论亥姆霍兹：“他让学生觉得上课很无聊，因为（他）不好好准备，讲课时断时续，计算时经常出现错误。”这些经验，促使普朗克自己后来成为一个严肃认真、从不出错的好老师。
1879年，年仅21岁的普朗克获得了慕尼黑大学的博士学位，论文题目是《论热力学第二定律》。在度过了相对平静的十几年教职生涯后，从1894年开始，普朗克被黑体辐射的问题困惑住了！
解黑体辐射，玩数学游戏
黑体是什么？黑体辐射又是什么呢？
黑体可被比喻为一根黑黝黝的拨火棍，但黑体不一定“黑”，太阳也可被近似当作黑体。在物理学的意义上，黑体指的是能够吸收电磁波，却不反射不折射的物体。虽然不反射不折射，仍然有辐射！正是不同波长的辐射使 “黑体” 看起来呈现不同的颜色。
例如，在火炉里的拨火棍，随着温度逐渐升高，能变换出各种颜色：一开始变成暗红色，然后是更明亮的红色，然后是亮眼的金黄色，再后来还可能呈现出蓝白色。为什么有不同的颜色呢？因为拨火棍在不同温度下辐射出不同波长的光。换言之，黑体辐射的频率是黑体温度的函数（频率与波长成反比关系）。
物理学家追求的，不仅要知其然，还要知其所以然，所以之后还有更深一层的 “所以然”！那么，如何从我们已知的物理理论，得到黑体辐射的频率规律呢？
