○ 三穗县民族高级中学 张宽金
1900年12月14日，德国物理学家普朗克面对经典物理不可克服的所谓“紫外灾难”，为解释黑体辐射的实验规律，凭着创造性智慧划时代地提出能量量子化的假设引入普朗克常数[~公式~]。它的诞生，是经典物理走向量子物理的转折点，对近代物理产生重大的影响。此后，围绕着普朗克公式的出现而开始对普朗克常数的认识，这个进程直到今天都没有终结。
一、黑体辐射的研究
在19世纪，冶金工业发展快速，对高温测量技术的需求越来越高，很多科学家都关注热辐射的研究。1860年，基尔霍夫提出“绝对黑体”模型，用在不同温度下辐射按波长分布的函数[~公式~]来表示热辐射的普遍规律。函数的推导成焦点，可以从理论和实验两方面去解决。
1893年，德国物理学家维恩提出辐射能量分布定律。1896年维恩假设黑体辐射能量按频率的分布，和同温度的理想气体分子能量按麦克斯韦速度分布律的分布类似，推出一个能量分布函数维恩辐射公式，这个公式在短波区域内符合较好，在长波区域显著不一致。
1900年瑞利根据经典动力学和统计物理理论推导出瑞利——金斯辐射公式。这个公式在高频区域发散，即辐射能量在紫外区趋于无穷大，这显然是荒谬的，因而被称为“紫外灾难”。
二、普朗克黑体辐射公式的推导
普朗克早年的科研领域是热力学，从1894年起他将注意力转到黑体辐射的研究，不过一般人的做法总是企图把辐射强度用它与温度的关系来表示，即用经典物理找出能量、波长和温度的关系。只有普朗克独树一帜，认为在辐射平衡问题上，熵应当是最基本的，应找出谐振子的熵与其能量之间的关系。
1899年普朗克根据麦克斯韦电磁场理论，提出辐射能密度的分布公式与维恩公式比较，结合热力学第二定律，进而证明系统的总熵随时间单调增加，这时热力学和黑体辐射理论由此取得一致。
1900年10月，根据鲁本斯提出的“单色辐射的强度在长波和高温时与绝对温度成正比”。普朗克尝试用内插法去寻找新的辐射公式，对比鲁本斯等人的实验结论和维恩公式，通过积分运算到新的普朗克黑体辐射公式。
1900年，普朗克发表这一公式。鲁本斯把普朗克公式与他的测量数据做详细的比较，结果他发现普朗克的新公式在任何情形下都与实验数据非常精确地符合。
黑体辐射能量分布曲线图
三、普朗克常数
1.普朗克常数的提出
普朗克在公式提出并没有停止研究，反而开始致力于寻找该公式的真正物理意义。通过对维恩公式、瑞剩一金斯公式经过详细分析之后，认为经典物理在解释黑体辐射问题上失败的根源在于能量连续假设。于是，他根据玻尔兹曼的思想提出能量量子化的假说，即：黑体辐射的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的。这样的一份叫作能量子，每一份能量子等于[~公式~]，其中[~公式~]为辐射频率，[~公式~]是一个常量。当时普朗克根据实验数据推得[~公式~]值：[~公式~]
2.普朗克常数的数值测定
在后普朗克常数时代，对[~公式~]的测定同样也经历一个曲折的发展过程。测量方法有1916年密立根光电效应法；1917年布拉克和杜安尼的X射线连续谱短波限法；伯登和希瓦兹的X射线原子游离法；1967年帕克的交流约瑟夫森效应。经过几个重要的阶段才使得普朗克常数达到今天的数值：
[~公式~][~公式~]
由此可见，在普朗克常数的进化过程中，存在着潜科学思想的演化和发展，而且每一次改变都是一个新的起点，预示着一个新概念、一种新方法的诞生。对于普朗克常数[~公式~]的研究及其发展具有重要的价值。
3.对普朗克常数的认识
普朗克为解释他的辐射公式，被迫接受玻尔兹曼的思想，提出谐振子能量量子化的假设。这个假设成功地解决黑体辐射问题，但是冲破经典物理学传统观念对人们思想的长期束缚。它架起人们认识微观世界的桥梁，对物理学的发展做出划时代的贡献。
受到普朗克的启发，爱因斯坦于1905年提出光量子假说。1922年康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，康普顿引入普郎克的量子化及爱因斯坦的光量子思想，把过程看作是光子与电子的碰撞过程，则得出完美的解释。1913年玻尔量子化条件的提出，成功地解释氢原子光谱问题。同时在波粒二象性中和不确定度原理中具有重大意义，起着微观与宏观的分界线作用。
在量子化概念的基础上，1925年海森伯通过泊松括号的变换将普朗克常数[~公式~]引入，建立矩阵形式的量子力学理论。1926年薛定谔根据德部罗意的波粒二象性通过算符将普朗克常数[~公式~]引入，从而建立波动形式的量子力学理论的。在他们的创立过程中，普朗克常数[~公式~]起至关重要的作用。不久薛定谔等人证明矩阵力学与波动力学在数学上是等价的，只是处理问题的方式不同。
无论是海森伯通过泊松括号的变换，还是薛定谔通过算符的作用，最终都是巧妙地将普朗克常数[~公式~]引入才建立量子力学理论。可见不论是量子化概念的提出还是量子力学的建立都与普朗克常数紧密相关。
因此，普朗克常数[~公式~]是量子论的基石和灵魂，是近代物理学的象征。
四、结束语
普朗克量子理论的胜利并不意味着经典物理学的失败，而是意味着人类对物理学有更深刻的认识，这是人类的进步。在这过程中，值得我们深思的是普朗克独特的研究方法和大无畏的精神。是他敢于假设，敢于联想，敢于创新，才让物理学发生一场深刻的革命。这些创造性才能和素质，是给我们留下的宝贵科学遗产，值得我们崇敬和学习。