提到量子力學必然會講到黑體輻射，黑體輻射是量子力學的起源之一。

但是很多書籍和科普文章把這個問題講得并不清楚，今天我就嘗試著給大家講一下這個問題。

我們人眼能看到周圍的物體，是因為物體上有光線進入人眼。

這里大家要注意一個問題，我們人眼看到的光線其實應該分為兩種。一種是物體本身所發出的光，比如太陽或者燒紅的鐵塊；

鐵塊自身就能發光

還有一種是物體反射的光線，比如月球就是反射的太陽光。

月光是反射的太陽光

光本質上就是一種電磁波，和我們手機通信、WiFi、微波爐所用的電磁波本質上都一樣，只不過波長不一樣。

我們肉眼所看到的光線，其波長在400~780納米左右，這通常被稱為可見光。

其他長度波長的電磁波我們肉眼看不到。

比如說波長高于780nm的，被稱為紅外線，我們肉眼看不到，但是可以借助儀器觀察；

低于400nm的，被稱為紫外線，它能使熒光物質噶光，紫外線能量較高，比如夏天我們防曬主要就是防紫外線。

和上面提到的可見光，物體所發出的電磁波也可以分為兩種，一種就是物體本身所發出的，還有一種是物體反射出來的。

物體本身所發出的電磁波叫做熱輻射，這種輻射只和物體的溫度有關。

到底什么是黑體？

假如說存在某種物體，它只會發射自身的電磁波，而不會反射電磁波，那么這種物體就稱為黑體。

外界入射進來的電磁波，黑體能全部吸收，而不會發生反射。

黑體是物理學上的一種理想的模型。

比如說在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波，在空腔內會發生多次反射，最終被吸收，不能從小孔再射出，所以這個小孔就成了一個黑體。

有孔的空腔可以看成黑體

在某些時候，太陽也可以近似看成黑體。太陽自身發出的輻射非常強，相比于自身的熱輻射它反射出來的光線微弱的可以忽略不計。

太陽也是一個黑體

科學家為什么要研究黑體輻射？

在19世紀后半葉的時候，歐洲的冶金工業發展迅速，技術人員非常希望能夠了解熱輻射的規律。

如果知道了輻射強度，波長分布和輻射體的溫度的關系，那么就可以通過鋼水的光譜來推測鋼水的溫度。

人們希望通過鋼水的光譜來判斷鋼水的溫度

這種在工業生產中的需求，推動科學家對黑體輻射進行研究。

實驗測出了不同溫度下輻射強度和波長的關系

當時實驗科學家們動作很快，他們測量了輻射的強度和波長，很快繪制出了黑體的輻射強度和波長的關系圖。

從圖中可以看出兩點規律，①隨著溫度的升高，輻射強度越來越強；②隨著溫度的升高，輻射強度的峰值逐漸在向波長較短的方向移動。

既然有了實驗結果，人們總是要用科學理論來解釋實驗現象。

物理學家就開始尋找一個合適的理論，來解釋實驗得出的曲線。

那個時候人們已經認識到物質是由分子原子構成的，而原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子構成。

原子核和電子其實都在不斷地運動，既然運動，那么就會產生電磁波。

于是人們自然而然地就從電磁理論的角度出發來解釋黑體輻射。

當時比較著名的有兩位科學家做出了貢獻，一位叫做維恩，一位叫做瑞利。

他們分別給出了自己的公式，瑞利的公式后來經過金斯的修正，所以被稱為瑞利-金斯公式。

根據這兩個公式可以繪制出曲線，但是這兩個曲線都有一些問題。

瑞利-金斯線和維恩線都只能部分符合實驗結果

維恩公式在短波長區域和實驗結果符合得很好，但是在長波區域，出現明顯偏差；

而瑞利-金斯公式在長波區和實驗結果比較符合，在短波區卻不相符。而且不僅不相符，隨著波長的變短，能量趨向于無窮大，這被稱為“紫外災難”。

科學家們這時候才發現麻煩大了？現有的理論根本解釋不了實驗現象。

很多科學家都做了無數的嘗試，但是始終有問題。

這時候迫不得已，德國物理學家普朗克產生了一個大膽的想法，他假想“能否放棄傳統的能量連續的觀點，假如能量的釋放和吸收不是連續的，而是一份一份的，釋放的能量只能是某個最小能量的整數倍。這樣是否可行呢？”

普朗格量子假說

按照這種思想，他很快給出了他自己的公式：

這一次，真的很完美，按照這個公式，算出來的曲線和實驗結果完美符合。

普朗克線完美解釋了實驗現象

照理說，一個科學家的理論能夠完美地解釋自然現象，應該是一件高興的事情。

但是普朗克的這種分立的、不連續的能量子的觀點，太驚世駭俗了，完全顛覆了當時人們的傳統觀念。很多科學家拒絕接受這樣的觀點。

普朗克自己后來也很痛苦，一度很后悔提出這樣的理論，他說“我的理論要么是牛頓以來最偉大的發現，要么就是胡說八道”

但是后來的事實證明，他的理論是正確的。我們這個世界確實是不連續的，而是分立的、一份一份的。

在他的影響之下，愛因斯坦進一步提出光量子假說，解決了光電效應；玻爾提出了能級分立假說，解釋了氫原子光譜；

普朗克在不經意之間開辟了一個新時代，其他科學家在他的影響之下，開辟了一個全新的物理學科——量子力學。

我們人類社會也進入了新時代。