《科学新悦读文丛:有趣的让人睡不着的量子论》:
光能用整数值表示
从熔炉中产生的量子
前面我们已经介绍过有关量子诞生的普朗克的能量量子假说。前文已经介绍过,量子是在研究加热物质的温度与其所释放的光的颜色的关系过程中被发现的。这一研究最初是为了准确地了解熔炉中的铁矿的温度。所以,我们可以说,量子是从熔炉中产生的。
让我们来介绍一下当时的社会背景。19世纪后半叶,普朗克的祖国德国以普鲁士王国为中心实现了期待多年的统一,同时赢得了与邻国法国之间的普法战争,获得了巨额的赔偿金以及阿尔萨斯、洛林作为割地。这一地区以盛产石灰石和铁矿石而闻名,因而将这些矿石作为原材料,投入熔炉进行冶炼的炼铁行业得到了飞速的发展。
为了能够炼出优质的铁,需要掌握熔炉中准确的温度,通过控制温度进行炼制。但是,当时尚不存在能够测量几千摄氏度高温的温度计。因此,人们只能通过观察熔化的铁矿石的颜色来判断其温度。红黑色的为1000摄氏度左右;通红色则为2000摄氏度左右;如果放出了白色的光,则证明温度更高。但是这些只能通过炼铁工匠的经验和直觉进行判断,之后再进行操作。
这样的操作存在着巨大的误差。因此,业界提出了要求,希望能够从理论上更加准确地把握发热物质的温度和其放出的光的颜色之间的关系。于是,很多物理学家开始针对这个问题进行研究,普朗克就是其中之一。
分析光谱的分布
前面我们提到过,被加热到红黑色的铁矿能达到1000摄氏度左右,通红色可以达到2000摄氏度左右。当铁矿被加热到变为通红色的时候,便会放出通红色的光,但是,这个过程并不是只放出红色的光。
一般来说,自然界能够观测到的光,并不是只由单一颜色的光组成的,而是由多种颜色的光组成的,其中最典型的例子就是太阳光。我们通过棱镜,可以发现太阳光是由多种颜色的光共同组成的。其中最亮的光(强度最大的光)的颜色,会被我们认为是该物体的颜色。例如,在太阳光中,强度最大的光是黄色光,因此太阳光看起来便呈现黄色。
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