20世纪初德国 物理学家，开尔文勋爵在一次演讲中宣称：“认为热和光是运动方式的运动理论的美丽和清晰，现在被两片乌云所笼罩。”
接下来的故事我们就知道了。 对这两朵“乌云”的探索带来了现代物理学的两大支柱：相对论和量子力学。 今天我们要讲的就是一位拨开乌云、带来光明的划时代人物。
划时代的人物
马克斯·普朗克（Max ，1858.4~1947.10），全名马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克，德国理论物理学家，量子力学创始人之一。 他荣获1918年诺贝尔物理学奖。
普朗克对理论物理学做出了许多贡献，但他最出名的是他创立的量子力学，彻底改变了我们对原子和亚原子粒子等粒子的理解。 量子力学理论和爱因斯坦的相对论，颠覆了我们的时空观，共同构成了20世纪的物理学基础理论，重塑了人类一些最珍贵的哲学理论，也影响了我们的工业、军事等. 现代生活领域。
年轻的普朗克（1878）[1]
早期生活
普朗克是家里的第六个孩子。 他的父亲是德国基尔大学著名的法学教授和法学家。 他的家庭教育深深植根于忠诚于教会和国家、保守可靠、理想主义和慷慨的特征。 融入了普朗克的生活和工作。 当他九岁时，他的父亲收到了慕尼黑大学的邀请。 普朗克有机会进入马克西米利安文理中学，并结识了赫尔曼·穆勒老师，点燃了他对物理和数学的热情。
当普朗克十七岁毕业时，他面临着艰难的职业选择，因为他在所有科目上都表现出色。 最终他放弃了古典哲学和音乐，选择了物理学，因为他坚信“只有在物理学中才能体现出他独特的天赋”。 尽管如此，音乐却陪伴了他一生。 他是一位终日在琴键上寻找宁静与愉悦的钢琴家。 他具有“绝对音高”的天赋，尤其喜爱舒伯特和勃拉姆斯； 他热爱户外活动，即使到了晚年，他仍然保持着每天散步和节假日爬山、郊游的习惯。
普朗克弹钢琴[2]
1874年秋，普朗克进入慕尼黑大学，师从物理学教授菲利普·冯·乔利。 他与古斯塔夫·基尔霍夫一起度过了一年（1877-1878），但尽管他在名门望族下学习，他本人却没什么热情。 直到他开始独立工作，学习鲁道夫·克劳修斯的《热力学讲座》，普朗克的才华才开始显现。
1879年7月，也就是爱因斯坦出生的那一年，年仅21岁的普朗克回到慕尼黑攻读博士学位； 次年，他在慕尼黑完成了论文并成为一名讲师。 通过父亲的关系，他于1885年成为基尔大学的助理教授。1889年基尔霍夫去世后，他被邀请到柏林大学师从亥姆霍兹学习并与他一起工作。 1892年，他获得正教授职位。 虽然他总共只指导了九名博士生，但他在柏林的理论物理讲座却催生了许多版本，影响很大。 普朗克在柏林度过了余生。
普朗克在柏林大学时写的一篇热力学论文[1]
普朗克回忆说，他之所以最初投身于科学，是因为他发现“人们推理出的规律与自然界万物的规律是一致的。因此，完整的推理和逻辑可以让我们更深入地理解事物的运作”世界的。” 也就是说，经过深思熟虑，普朗克发现现有的理论物理定律并不准确，并致力于理论物理事业。在探索物理定律的前提假设时，他得出了这样的结论： “外部世界是独立于人类存在的东西，是一个‘确定’的东西，而追求这个‘确定’的标准就是人生中最重要的事情。”
黑体辐射和量子化
热力学第一定律——能量守恒定律，是自然界中第一个给当时上中学的普朗克留下深刻印象的“确定的东西”。 在他的大学生涯后期，普朗克也非常相信热力学第二定律，即熵定律。 这本质上也是一种“注定”的规则。 这个定律后来成为他在慕尼黑的博士论文的主题，并指导他发现了现在众所周知的量子力学的核心——普朗克常数 h (1900)。
1859-1860年，基尔霍夫定义了黑体——一种可以吸收所有入射辐射能量的物体。 它既是一个良好的辐射接收器，又是一个良好的发射器（注意：它辐射电磁波。仅取决于其自身的温度，与入射波无关）。 在这种情况下，黑体辐射的特性就存在“确定性”，因此早在 1890 年代，就出现了各种实验或理论来确定黑体的能谱分布——描述黑体在给定的温度。 电磁波辐射能量随频率变化的曲线。 普朗克被威廉·维恩（ Wien）1896年发现的“维恩定律”所吸引（注：“维恩定律”是维恩通过实验数据的经验总结提出的，与黑体辐射的实验光谱的短波长部分一致）之后，他与韦恩一起在位于柏林夏洛滕堡的德国物理技术研究所（注：简称PTR，德国联邦技术物理研究所的前身）工作。 普朗克一直试图根据热力学第二定律寻找维度。 恩定律的理论基础。 然而，1900年，PTR的其他几位同事通过实验确定“维恩定律”在电磁波的低频部分，即长波长部分完全失去作用。
黑体和黑体辐射[3]
黑体辐射光谱[4]
在一次德国物理学会会议之前，普朗克了解到了这一情况。 他知道，如果维恩定律有效，除了高频部分的辐射熵外，它在数学上还必须符合其能量分布，低频部分也必须如此。 需要与普朗克的猜想保持一致，也许他可以将两者结合成一种更简单的形式，使用一个公式将辐射的能量和频率联系起来。
最终，普朗克辐射定律无可争议地成立了。 但对于普朗克来说，这个定律只是一个简单的猜想，一个“幸运的直觉”。 如果我们要认真对待这个问题，就必须追溯其基本原理。 普朗克立即集中精力完成这项任务。 1900年12月14日，他成功了，但同时他也付出了巨大的代价——为了实现自己的目标，普朗克发现他必须放弃之前坚信的一个概念：热力学第二定律并不是一个确定的自然法则，而是路德维希·玻尔兹曼承认的统计法则。
此外，普朗克还需要假设黑体吸收和释放的能量是不连续的，但是是量子化的。 只有通过黑体中量子化能量的统计分布，将其能量假设为与频率-hv成正比的量，才能外推回之前得到的方程。 他还引用了其他对这个方程重要的证据来估计常数h（普朗克给出的常数值为6.55×10-34 J·s，与当前值6.626×10-34 J·s非常接近） ），还有所谓的玻尔兹曼常数（动量理论和统计力学的基本常数）、阿伏加德罗常数、电子电荷。
后来，科学家逐渐认识到，在微观世界，即原子尺度的世界，正是因为普朗克常数非零而是一定的、很小的数，所以它并不按照普遍的经典力学运行。
物理理论的一场深刻革命正在进行中。
普朗克的能量量子化概念颠覆了之前所有的物理理论，这迫使他必须用更严格的逻辑推理来解释。 正如一位历史学家所说，他是一位“不情愿的革命者”。事实上，人们花了很多年的时间才接受普朗克的理论，而爱因斯坦在其中发挥了重要作用。
1905年，独立于普朗克的研究，爱因斯坦提出了在一定条件下，辐射能量本身应该被量子化的理论（光量子，后来称为光子），并于1907年用广义理论量子假说解释了辐射的比热。固体。 1909年，爱因斯坦将波粒二象性引入物理学。 1911年10月，普朗克和爱因斯坦与其他杰出的物理学家一起参加了在布鲁塞尔举行的第一届索尔维会议。 在讨论中，法国数学家亨利·庞加莱提出了普朗克辐射。 该理论为解释“量子”提供了必要的数学证明，这使得詹姆斯·金斯等人改变了支持量子理论的态度。
第五届索尔维会议[5]
1913年，尼尔斯·玻尔通过氢原子的量子解释对量子理论做出了相当大的贡献。 具有讽刺意味的是，普朗克是最终努力回归经典理论的人。 他并不后悔这一立场，而是将其视为说服自己相信量子论的必要经历——直到1922年康普顿效应发现之前，他仍然坚持反对爱因斯坦1905年提出的辐射光量子假说。
老年生活
1900年，普朗克42岁时，他完成了著名的发现，并于1918年获得了诺贝尔物理学奖。无数荣誉随之而来。 此外，他继续从事光学、热力学研究，并在统计物理和物理化学等多个领域大放异彩。 同时，他也是爱因斯坦狭义相对论（1905）的支持者。 “正如量子力学是量子力学的核心一样，”普朗克说，“光速是相对论的核心。”
1914年，普朗克和物理化学家沃尔特·能斯特将爱因斯坦带到了柏林。 战后，他们于1919年将他最喜欢的学生马克斯·冯·劳厄带到了柏林。1928年普朗克退休后，另一位杰出的理论物理学家、波动力学的创始人埃尔温·薛定谔成为了他的继任者。 柏林曾经是理论物理学的中心 - 直到 1933 年希特勒上台，它闪闪发光的学术才华被掩盖了。
从左到右，能斯特、爱因斯坦、普朗克、密立根、劳厄，拍摄于 1931 年[6]
晚年，普朗克撰写了大量关于哲学、美学和宗教问题的著作。 他与爱因斯坦、薛定谔一起，坚决反对1925年至1926年间玻尔、玻恩、海森堡等人将不确定性、统计性的世界观引入量子力学。这一理念符合普朗克的内心感受。 直觉和信仰很难共存。 普朗克认为，物质宇宙是独立于人类而存在的客观实体。 观察者和被观察的事物并不像玻尔及其学派的思想那样密切相关。
1912 年，普朗克成为普鲁士科学院数学和物理系常务秘书，直至 1938 年； 1930年至1937年，他还担任非政府研究组织威廉皇帝学会（现为马克斯·普朗克学会）的主席。这种正式组织，尤其是在德国物理学家中，往往赋予普朗克很高的权威。 这样的地位并不是他本人要求的。 事实上，他的威望主要来自于他个人的道德感：正义、正直和超越学问的智慧。 正是因为这种性格，他在纳粹统治期间试图通过留在德国来扭转希特勒残酷的种族政策，从而保护德国物理学。
普朗克和他的第一任妻子玛丽[7]
普朗克和家人[8]
普朗克是一个意志坚定的人。 如果他不是那么坚持，不是那么忠于自己的哲学和宗教，他也许能避免五十岁以后的悲剧。 1909年，普朗克的第一任妻子、慕尼黑一位银行家的女儿在经历了22年的幸福婚姻后去世，留下了普朗克、两个儿子和一对双胞胎女儿。 长子卡尔于1916年在一次战斗中阵亡，女儿玛格丽特次年难产而死，另一个女儿艾玛于1919年也遭遇同样的不幸。二战期间德国 物理学家，普朗克在柏林的房子被彻底轰炸，次子1945年，埃尔文因涉嫌参与刺杀希特勒而被纳粹残酷杀害。 连续的打击几乎摧毁了他的求生意志。 战争结束后，美国官员将普朗克和他的第二任妻子带到哥廷根，普朗克于 1910 年结婚并育有一子。普朗克在那里去世，享年 89 岁。詹姆斯·弗兰克 (James Frank) 说：“死亡救赎了他。”