十项全能颜值爆表,偏偏命途多舛,他为我们留下了“普朗克常数”

2019 年 8 月 22 日 德先生


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今天,说起最帅的物理学家时,大家第一时间会想到谁?


那一定是马克斯·普朗克。



样样都行

你以为普朗克只是长得帅那就错了,他还极具音乐天赋,而且是会弹会唱会作曲的那种!


他会钢琴、管风琴和大提琴,其中,他的钢琴和管风琴的演奏水平已经达到了专业音乐家的水准。


他还上过演唱课,曾在慕尼黑学生学者歌唱协会为多首歌曲和一部轻歌剧作曲。



据说,小时候普朗克在家里弹琴,邻居们觉得十分动听,于是就称他为“普朗克家的舒伯特”。


普朗克除了音乐方面的天赋以外,还有极佳的文学才能,没事还自己写写诗句什么的……(这样的话,作词也没问题了)



再加上对物理和数学的浓厚兴趣,因此,他在选择大学专业时还纠结了挺久.


最后,选择了自己十分擅长的数学,并且打算课余时间搞音乐。


等等,普朗克是数学专业?他不是拿过诺贝尔物理学奖的么?


然而,好好的数学才学到一半,普朗克偶然去听了一位物理老师的讲座,之前中学时期对物理的兴趣又被重新点燃,普朗克立马决定开始兼修物理。


中学时期,普朗克就有位很有趣的物理老师——缪勒。

在讲述能量守恒定律的时候,缪勒为孩子们讲了一个生动的故事:一个建筑工人花费了很多气力才把一些砖块搬到了屋顶上,后来,虽然建筑工人离开了屋顶,但是他所做的功并没有随着他的离开而消失,而是变成一种能量被贮存了起来;经过一段时间的风吹日晒,屋顶上的砖块就慢慢地松动了。终于有一天,砖块掉了下来,它们落到了行人的头上或者是砸到了其他物体上,这个过程就是把先前贮存的能量释放的过程……


这个故事生动地讲述了能量守恒定律,把一个复杂的原理融入一个充满想象力的故事之中,使它成为普朗克一生中记忆最深的故事。


于是,普朗克就得在繁忙的数学课程,和同样需要大量时间的物理,加上大学合唱队的指挥以及领导乐队的活动中切换身份!



悲惨人生

看到这里,各位肯定认为:又是一位天才,研究成果震惊世界,一举拿下诺贝尔奖等,全方位碾压我们这些吃瓜群众的故事。



然而,可能是因为普朗克实在是太完美,上帝看不过眼了,于是就给了他一个悲惨人生。



在普朗克学习物理之初,曾遭到慕尼黑的物理学教授菲利普·冯·约利(Philipp von Jolly,1809-1884)的劝说,叫他不要学物理,这位教授认为:这门科学中的一切都已经被研究了,只有一些不重要的空白需要被填补。(这也是当时许多物理学家所坚持的观点)


但是普朗克坚持学习物理:我并不期望发现新大陆,只希望理解已经存在的物理学基础,或许能将其加深。


然而,他的这个坚持却成了他人生苦难的开始。


▲有人戏称这是学了物理学之后的普朗克


1877年,普朗克来到了柏林大学。在著名物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹、古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫以及数学家卡尔·魏尔施特拉斯手下学习。


本来以为有这几位导师,自己的学业应该没问题了,不料,亥姆霍兹与基尔霍夫上课都十分无趣,有时还会讲错……最后普朗克只能选择自学。


关于亥姆霍兹,普朗克曾这样写道:他上课前从来不好好准备,讲课时断时续,经常出现计算错误,让学生觉得他上课很无聊。


关于基尔霍夫,普朗克写道:他讲课仔细,但是单调乏味。


临近毕业,普朗克根据自学的内容,写了一篇论述“熵增加原理”以及“热力学定律”的论文。


终于熬到了博士论文答辩,离毕业就只差那一小步了。普朗克带着他精心准备的论文,信心满满地参加答辩。


然而,这篇学术价值如此之高的博士论文,并没有得到当时教授们的认可,他们完全不相信普朗克的理论。


不过,由于他平时的表现很优秀,尤其是他在学校实验室出色的工作,教授们让他通过了答辩,获得了博士学位。



普朗克获得诺奖的过程同样十分坎坷。



从博士论文开始,普朗克就一直关注并研究热力学第二定律,发表诸多论文。


从柏林大学毕业后,普朗克回到慕尼黑大学当讲师,一边授课,一边搞研究。


大约1894年起,普朗克开始研究黑体辐射问题,发现普朗克辐射定律,提出的能量子概念和常数h(普朗克常数),成为了此后微观物理学中最基本的概念和极为重要的普适常量。


1900年12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中,他激动地阐述了自己最惊人的发现。

他说:为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,物理常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。

从此,量子论诞生,新物理学革命宣告开始,很快量子论就得到公认。但是,在之后的十几年,人们始终对他的“量子论”将信将疑,以至于普朗克屡屡与诺贝尔奖擦肩而过。


终于,在普朗克被提名多次以及陪跑了十几年之后,才获得早该属于他的诺贝尔物理学奖。


这还不是最惨,1909年,普朗克第一任妻子因结核病去世。(留下了四个孩子)


紧接着,在第一次世界大战期间,普朗克的大儿子卡尔死于凡尔登战役,二儿子埃尔温在1914年被法军俘虏。


没多久,普朗克的两个女儿又分别于1917年和1919年双双死于难产。


普朗克平静地经受了这些打击,女儿格雷特和埃玛的孩子存活了下来,并且继承了她们各自母亲的名字,普朗克也为她们取名格雷特和埃玛。


在第一次世界大战结束后,伤心欲绝的普朗克投身于反法西斯的活动中。


1933年,纳粹党党魁希特勒正式成为德国元首,诸多科学家受到迫害,特别是犹太科学家。


尽管当时普朗克没有受到纳粹的迫害,但是把科学当作生命的普朗克表示:无法眼睁睁地看着昔日同僚被迫害。


于是,他跑去找希特勒说理了。


结果,显而易见,希特勒勃然大怒!


他们“精确”计算出普朗克有1/16的犹太人血统,说普朗克是“白色犹太人”。


于是,纳粹就关了普朗克的研究所,把他的理论打成异端邪说(黑体辐射公式被污蔑为“只是初等的数学推导”),并逼迫普朗克辞去柏林科学院院长的职务……


虽然普朗克经历了这么多苦难,他依然不放弃学术研究,还是会四处演讲。


不过,苦难也随之而来。在一次讲学途中,普朗克遇上了轰炸,导致他在避弹壕里躲了几个小时,甚至差一点就被活埋在下面。



1944年,一场前所未有的空袭炸平了普朗克的居所区,他所有的手稿、日记、书籍和讲义以及其他全部个人用品,均毁于一旦,没能留下一样东西。


1945年,普朗克的二儿子埃尔温(仅剩的一位)因参与暗杀希特勒未遂而被纳粹杀害。


至此,普朗克与第一任妻子所生的4个孩子全都去世。


这无疑给了普朗克致命一击。此时80多岁的他已经疾病缠身,行动也不便,还要继续承受白发人送黑发人的痛苦。



1947年3月,普朗克作了他人生中最后一次演讲——《精密科学的意义和范畴》,在经历了几十年残忍的折磨之后,普朗克只是在演讲中无比平静地说:


值得我们追求的唯一高尚的美德,就是对科研工作的真诚,这种美德是世界上任何一股力量,都无法剥夺的,这种幸福是世界上任何一种东西,都无法比拟的。


不得不佩服普朗克坚强的意志力,在经历了如此多精神与肉体的磨难后,还能笑对人生。


1947年10月4日,普朗克在哥廷根大学医院中去世,威廉皇家学会为了纪念他,改名为“马克思·普朗克学会”。


人们把普朗克葬在了哥廷根的公墓里,在他的墓碑上,除了他的名字,只有一行短短的墓志铭,那是以他名字命名的物理学常数:


普朗克常数h=6.63×10^-34 J·S



爱因斯坦在写给普朗克的悼词里是这样说的:一个以伟大的创造性观念造福于世界的人,不需要后人来赞扬,他的成就本身就已给了他一个更高的报答。



* 本文综合超级数学建模、少年物理学家。



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