怎么理解量子

量子的问题，一个答案不可能是全面的。我在这里简单回顾一下量子的提议。

19世纪的最后一天，欧洲的物理学家聚集在一起，迎接新世纪的到来。著名科学家开尔文爵士惊叹于物理学的伟大成就，自豪地说:“物理学的大厦已经建成，后世的物理学家只需要做一些修修补补。”

开尔文这样说，是因为在当时，经典力学已经通过牛顿、拉格朗日、拉普拉斯等人的贡献，清楚地解释了物体之间的相互作用和天体运动的规律。麦克斯韦电磁方程组完美统一了电和磁，热力学统计物理可以解释分子运动规律，仿佛物理学已经完全成熟，没有什么重大的理论问题需要解决。未来的物理学家只需要把物理常数的精度提高几个地方。

然而，开尔文也说，“在物理学空的一个晴朗的日子里，仍然有两朵令人不安的乌云在漂浮。”他提到的两朵乌云，一朵是指黑体辐射的实验结果与理论不符，另一朵是指迈克尔·孙莫雷(Michael Sunmorey)发现光-以太参考系的实验失败。

正是这两朵乌云，发展成为20世纪物理学最伟大的两大发现:量子力学和相对论的诞生。人类意识到探索自然还有很长的路要走。

先介绍一下boldface。物理研究表明，所有物体都会吸收、反射和辐射电磁波。如果一个物体只吸收和辐射电磁波，不反射电磁波，就叫黑体。比如太阳可以看作是一个黑体，因为太阳的辐射特别强，辐射的电磁波强度远大于反射的电磁波。

经过研究发现，黑体辐射与物体的温度有关。

在图中，纵坐标是每单位面积每单位波长的辐射功率，横坐标是波长。从这个图表中我们可以发现两个结论:

第一，物体温度越高，辐射强度越大。根据Stefan-Boltzmann定律，黑体单位面积的辐射能与温度的四次方成正比。根据这个定律，人们计算了太阳的表面温度。

其次，物体温度越高，最大辐射强度处的波长越短，满足维恩位移定律。比如一块热的铁块会发光，温度不同颜色也不一样。

但是，这两个定律都是实验定律。它们在理论上如何解释？

卡文迪许实验室主任瑞利从经典电动力学中推导出一个黑体辐射公式，即瑞利-金斯公式。

然而，这个公式与实验结果不符。只有当波长较大时，公式才与实验结果相符，而当波长较小时，公式与实验结果偏差较大。

最可怕的是，当波长趋近于零时，瑞利公式的结果发散，辐射强度无穷大，这显然是荒谬的。人们无法调和理论和实验结果，把这个问题称为“紫外线灾难”(这是因为紫外线是波长比可见光短的光，意思是波长短时实验结果与理论值不符)。

为了解释这个问题，许多物理学家提出了自己的见解。最成功的是德国科学家普朗克。下面是普朗克研究物理期间的外貌变化图。