普朗克:把能量分成一份份的保守革命者

马克斯·普朗克一八五八年生于基尔,祖上多是神学家和法学家,他却迷上了物理。慕尼黑大学的老师约利曾劝他,物理学的大厦已基本建成,往后只剩些边角修补;他回答说自己并不想发现新大陆,只想把已有的基础理解得更透彻。这句话后来被反复提起,因为正是这个无意革命的性情温和者,亲手推开了量子时代的大门。

他研究热力学,一八八九年到柏林大学任教,接手的难题之一是黑体辐射:烧热的铁块发光,能量在不同波长间如何分布。十九世纪末,维恩公式在短波处符合实验,另一条长波公式在长波处吻合,谁也拼不出一条完整曲线。一九〇〇年十月十九日,普朗克在德国物理学会报告了一条半靠插值凑出的公式,当晚实验物理学家鲁本斯核对数据,发现处处吻合。剩下的问题是:这条公式为什么对。

他苦思数月,被逼到墙角,发现除非假设空腔壁与辐射交换能量时不是连续的,而是以一份份大小固定的能量子进行,每份能量等于一个常数乘以频率,公式就无从推导。一九〇〇年十二月十四日,他在学会报告这一推导,这一天后来被通行地称作量子论的诞生日。关键是他本人的态度:他长期把能量子看作为推导公式而引入的数学假设,多年不肯承认它是真实的物理存在;一九〇五年爱因斯坦用光量子解释光电效应,一九一三年玻尔把量子引入原子结构,他才慢慢被说服。他后来在给同行伍德的信中坦承,那是无可奈何的拼命之举。

他的一生并不只属于黑板。一九一四年大战初起,他在九十三名知识分子联名的《告文明世界书》上签名,为德国的战争行为辩护,这是他晚年自认的污点;他的长子在一战中战死,次子埃尔温因卷入一九四四年刺杀希特勒的密谋,于次年被处死。纳粹时期他选择留在国内,尽力维护威廉皇帝学会的科研体系,私下帮助受迫害的犹太同事,却没有公开对抗政权。他与库中的奥本海默在当时代上有交集,两人并非师生。

在相对论刚问世、学界普遍观望时,他是最早支持爱因斯坦的前辈之一,并在一九一四年参与把爱因斯坦请到柏林。一九一八年他获诺贝尔物理学奖。二战末期柏林的住宅在轰炸中焚毁,半生藏书和手稿化为灰烬,战后他迁到哥廷根,一九四七年去世。次年,重建后的威廉皇帝学会改名马克斯·普朗克学会,以他的名字延续。那个他一度以为只是计算假设的常数,也以他的名字命名,成为欧洲最大的基础研究机构之一。

❝这是无可奈何的拼命之举——无论代价多大,我都必须给黑体辐射找出一个理论解释。❞