1　黑體輻射叛逆經(jīng)典　普朗克釋放量子妖精

1.1　量子學(xué)之父，已垂垂老矣

1946年夏天的英國劍橋，彎彎曲曲的劍河兩岸，既有壯觀的哥特式建筑，又有柳綠草青的田園風(fēng)光。一位老者，步履蹣跚地徘徊于一條田間小路，若有所思，若有所憶，不經(jīng)意間撞到一個(gè)正在玩耍的小男孩。

男孩金發(fā)碧眼，看似八九歲的樣子，觀此身著西裝之老者：飽滿的前額，幾根稀疏的頭發(fā)紋絲不亂地貼在光禿禿的大腦門上。眼鏡下透出的目光，雖沉穩(wěn)卻顯無力，使男孩感覺他不似當(dāng)?shù)厝耍谑菑埧诒銌枺骸袄蠣敔敽畏饺耸?？?/p>

老者見孩子聰明可愛，布滿皺紋的臉上浮起一絲難得的笑容，仿孩子的語氣答曰：“在下德國人普朗克也！”不料男孩眼睛一亮：“莫非是那位打開潘多拉魔盒，放出了量子小妖精的馬克斯·普朗克？”

老者道：“正是敝人……”

孩子喜出望外：“啊，原來你就是前輩們常提起的量子之父！久仰久仰！”

男孩立即興奮地拉住老者不放，要聽他講量子妖精的故事……

剛才的對(duì)話是筆者杜撰的，但場景和年代卻是真實(shí)的。那年剛剛停止戰(zhàn)亂，大局方定。已經(jīng)88歲的普朗克，支撐著虛弱不堪的病體，從柏林來到英國，參加英國皇家學(xué)會(huì)舉辦的、因戰(zhàn)亂而推遲了4年的牛頓誕生300周年紀(jì)念會(huì)。在所有與會(huì)科學(xué)家中，普朗克是唯一被邀請(qǐng)的德國人，這固然是基于他在科學(xué)界的崇高地位。

讓我們來回答男孩的疑問：普朗克何許人也？為何人們稱他為“量子之父”？他打開了什么樣的潘多拉魔盒？又放出了何種妖精？

田間漫步的普朗克，當(dāng)年的確是到了行思坐憶的年齡，往事一樁樁浮上腦際……

這次來參加他畢生崇拜的物理學(xué)祖師爺牛頓之300年誕辰紀(jì)念會(huì)，他能不回憶自己“理解和質(zhì)疑同在，保守與創(chuàng)新共存”的學(xué)術(shù)生涯嗎？皇家學(xué)會(huì)邀請(qǐng)的專家遍布世界各地，中國人中也有周培源、錢三強(qiáng)、何澤慧等物理天文量子高手被邀。當(dāng)年的德國人中不乏有名的物理學(xué)家，紀(jì)念會(huì)卻獨(dú)請(qǐng)他一人。悲情偉人，以國以民為先！作為一個(gè)熱愛德意志的戰(zhàn)敗國國民，他是否會(huì)反思他那盲目的愛國情懷？他又怎能不緬懷自己坎坷磨難的一生呢？還有他破碎的家庭以及在兩次世界大戰(zhàn)中失去的親人。

況且，他來參加會(huì)議的目的之一，仍然是企圖于戰(zhàn)后重建德國科學(xué)界的地位……

馬克斯·普朗克（Max Planck，1858—1947）出身于一個(gè)學(xué)術(shù)家庭，曾祖父和祖父都是神學(xué)教授，父親是法律教授。普朗克是他們這個(gè)大家庭中的第6個(gè)孩子，在德國北部之城基爾出生（圖1-1、圖1-2）。

普朗克從小就是科學(xué)的信徒！牛頓的信徒！經(jīng)典物理的信徒！雖然他從小有音樂天賦，唱歌彈琴都很在行，還曾經(jīng)準(zhǔn)備攻讀音樂，但最后仍然舍棄不了更為鐘愛的物理。

他的大學(xué)數(shù)學(xué)老師亦嘗勸之：棄物理，學(xué)別的！因?yàn)槲锢砟莾阂呀?jīng)有了牛頓和麥克斯韋之理論，經(jīng)典物理學(xué)的大廈完美無缺，凡事皆有路可循、有道可通，似乎已經(jīng)無題可究、無經(jīng)可修了，剩下的只是打掃垃圾、填補(bǔ)漏洞而已！

普朗克則淡然答之：“吾并非期待發(fā)現(xiàn)任何新大陸，僅望深入理解已存的物理學(xué)基礎(chǔ)，知足也?！?/p>

愛因斯坦于1918年4月在柏林物理學(xué)會(huì)舉辦的普朗克60歲生日慶祝會(huì)上發(fā)表演講曰：“科學(xué)殿堂各式各樣人物多矣，或求智力快感者，或欲追名逐利者。普朗克卻非此二類人士，純粹為虔誠物理之信徒，此吾所以深愛之也。”

1877年，普朗克轉(zhuǎn)學(xué)到柏林洪堡大學(xué)，在著名物理學(xué)家亥姆霍茲和基爾霍夫、數(shù)學(xué)家卡爾·魏爾施特拉斯門下學(xué)習(xí)。普朗克在學(xué)術(shù)上受益匪淺，但對(duì)他們的教學(xué)態(tài)度卻不以為然。例如，普朗克如此評(píng)論亥姆霍茲：“他讓學(xué)生覺得上課很無聊，因?yàn)椴缓煤脺?zhǔn)備，講課時(shí)斷時(shí)續(xù)，計(jì)算時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤?！边@些經(jīng)驗(yàn)，促使普朗克自己后來成為一名嚴(yán)肅認(rèn)真、從不出錯(cuò)的好老師。

1879年，年僅21歲的普朗克獲得了慕尼黑大學(xué)的博士學(xué)位，論文題目是“論熱力學(xué)第二定律”。之后，在度過了相對(duì)平靜的十幾年教職生涯后，從1894年開始，普朗克被黑體輻射的問題困惑住了。