主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

普朗克现在处于“山重水复疑无路”的境地，但他发现了一些东西，这些东西是如此不可思议出人意外以至于他并没有发现它们的真正意义。他的这些振子不能像水龙头里面的水一样，绵绵不断地吸收或者释放能量。与此相反，它们所获得或者失去的能量是不连续的，只能是一份份微乎其微分无可分的能量，即E=hv，其中v为振子的振动频率，在此频率上，振子可以吸收或者释放能量。

为什么人们无法观测到这些原子尺度的振子呢？因为h的值为0.000000000000000000000000006626尔格·秒（erg seconds），即6.626除以10的27次方。根据普朗克的公式，能量增减的变化率不能小于h。h值是如此之微小，当用它来计算摆锤或者是那些振子的振动时，它所带来的量子效应在人们眼中的这个寻常世界是无法观测的。

普朗克的振子逼着他自己不得不把辐射能量斩成段再切成丁，最后变成大小为hv的能量块。但从内心里，普朗克并不认同能量是可以切分成量子的。困扰着普朗克的问题是按照玻尔兹曼的切分方法，能量可以无限切分下去，直至在数学意义上无限接近于零（即无能量状态），但是整体能量却保持不变。而把这些能量块重新组合起来，则需要用到数学手段，其关键就是微积分。但普朗克的运气不是很好，如果他用上微积分的话，则他的公式就会化于无形。他似乎是卡在量子这个坎儿上了，但他并不在乎，因为他已经有了公式，剩下来要做的事情不过是把公式解释清楚，这只是个时间问题。

在柏林大学的物理学院的教室，普朗克向德国物理协会的会员们问候道：“先生们！”。在台下的听众中，他能够看见鲁本斯、努玛和普林斯海姆。他的报告题目是“Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum（关于普通频谱的能量分布定理之理论依据）”。这一天是1900年12月14日下午5点刚过。“几周以前，我有幸向诸位介绍了一个新公式，这个公式能够在准确解释普通频谱范围内的能量分布规律。”接下来，普朗克阐述了他在推导这一公式过程中所发现的其背后所隐藏的物理涵义。

在会议即将结束的时候，他的同行们对他报以热烈的祝贺。在介绍量子的概念时，正如他自己所说，这个能量块“只是一个纯粹的假设”，而且他自己“并不真的赞同这个想法”，那一天其他人也抱有相似的观点。但是，对大家最重要的一点是，普朗克对他在十月份所提出的公式给出了一个有物理意义的解释。的确，他那种把能量切分成量子的想法有些稀奇古怪，但这个理论会在未来得到逐步完善。所有的人都认为普朗克的理论不过是理论物理学家经常玩的一个魔术，即在找寻正确答案的过程中用一些数学技巧，但它并不代表什么真正的物理涵义。在这之后，让他的同行感到振奋的是普朗克的辐射公式与观测结果精确吻合；但同时，没人真正注意到量子能量，包括普朗克自己。

一天早晨，普朗克和他七岁的儿子埃尔文（Erwin）一同离家出门，这对父子是去附近的格伦沃尔德森林散步。普朗克最喜欢的消遣就是在森林里漫步，而且他喜欢携子同多行。埃尔文后来回忆说他们边走边聊，父亲对他说：“今天，我有了一个可以和牛顿比肩的重大发现”。多年以后，再回忆起那一幕的时候，埃尔文已经记不清到底是哪一天他和父亲进行的这次散步，大概是普朗克进行十二月的那次学术报告前的某一天。有没有可能那天普朗克完全认识到量子的伟大意义？或者他只是试图向自己的儿子显摆一下他的新辐射公式是如何重要？这两种猜测都不正确。普朗克如此兴奋只是因为他发现了不是一个，而是两个基本常数，k和h，前者被他称为“玻尔兹曼常数（Boltzmann's Constant）”，后者被他称作是“动量子（Quantum of Action）”，后来被其他物理学家命名为“普朗克常数（Plunck's Constant）”。这两个数都是固定的永恒的，是大自然赐予我们的绝对常数。

普朗克认为自己欠玻尔兹曼一份人情，因此当他在推导黑体辐射公式的过程中发现这一常数时，他用这位奥地利物理学家来命名这个数。另外，普朗克还先后在1905年和1906年提名玻尔兹曼为诺贝尔奖候选人。但这一天来得有些迟了，玻尔兹曼长期以来被疾病缠身，他患有哮喘，偏头痛，视力衰退和心绞痛等多种疾病，但真正困扰玻尔兹曼的是严重的抑郁症。1906年九月，在意大利里雅斯特（Trieste）省的杜伊诺（Duino）休假期间，玻尔兹曼上吊自杀。那一年，他62岁。尽管玻尔兹曼的朋友们一直以来就担心什么时候会突然听到他的死讯，但这个最坏的消息真的到来的时候，朋友们无不感到震惊。玻尔兹曼总觉得自己被大家孤立，也没有人欣赏他的学识。可事实是这样的吗？玻尔兹曼是那个时代最为声名卓著且受众人敬仰的物理学家之一。但是，由于在原子是否存在这一问题上，玻尔兹曼和别的学者展开了旷日持久的论战，结果是让他心力交瘁，觉得自己一生的成果正一步步被人打入冷宫。1902年，玻尔兹曼第三次也是最后一次返回到维也纳大学。玻尔兹曼死后，维也纳大学向普朗克发出邀请，希望能由他来继承玻尔兹曼衣钵的教职。尽管普朗克认为玻尔兹曼的工作是“理论研究中的最辉煌的成果之一”，而且他也确实对维也纳大学所许诺的优厚待遇怦然心动，但他还是婉拒了这个邀请。

常数h好比是一把用来将能量切割成量子子的利斧，普朗克就是锻造这把斧头的第一人。但是，普朗克量子化的只是他那些假想的振子释放或者吸收能量的过程。普朗克并没有量子化，或者说将能量切割成大小为hv的能量块。毕竟，发现一个新事物和弄清这一新事物的原理是两码事情，尤其是在这个过渡时期。普朗克本来应该发现的东西依旧隐藏在他的推导过程中，事实上他自己也不清楚这到底是什么东西。他本来应该将振子做量子化进行单个考虑，但他并没有这么做，而是将这些振子当做一个整体考虑。

普朗克所犯的错误之一就是他认为自己可以消除掉量子，等他意识到自己这个错误时他已经走出很远了。普朗克的保守是深入骨髓的，其后果是他试图将量子融入到现有物理体系中去，这种无用功白白耗去了他的大好时光。他也知道有些同行认为他的工作不过是自寻死路。“但我并不这么看。”普朗克后来写道：“我现在明白一个事实，那就是h这一基本量子常数在物理学中有着非凡的意义，但我起初居然对此心存疑虑。”

1947年，普朗克病逝，享年89岁。又过了数年，普朗克以前的学生和他的同事詹姆斯·弗兰克（James Franck：1882～1964）曾经回忆说普朗克为了“避开量子理论，或将量子理论的影响降到最低点”而进行了绝望的挣扎。弗兰克很清楚，普朗克“是一个与自己的本心做抗争的革命者”，他“最终得出了结论---‘我以前做的是无用功。我们必须和量子理论共处一室。请相信我，这一理论会得到发展的。’”这句话是一段恰如其分的墓志铭，正适合这位勉为其难的革命者。

物理学家的确不得不和量子“共处一室”。第一个这样做的人并不是普朗克那些名声显赫的同行，而是一位居住在瑞士伯尔尼（Bern）的年轻人，只有他一个人认识到量子的革命性意义。这位年轻人并不是一位职业物理学家，而是一个初级公务员，普朗克认为他就是第一个发现能量本身是量子化的那个人。他的名字是阿尔伯特·爱因斯坦。

(第一章完)

第二章·专利奴隶（1）

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