圖1-15 黑體示意圖

人們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)只吸收光輻射（電磁輻射）而不放射輻射的空腔球體，然后在球體一端開(kāi)出一個(gè)小洞引出輻射。這個(gè)東西就是黑體（見(jiàn)圖1-15）。黑體的意思是，它只接收輻射，但是不發(fā)射輻射。因此，你可以把黑體內(nèi)的溫度加到無(wú)限高。人們通過(guò)當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果是：在溫度較低時(shí)，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好，即隨著溫度的增加，從小孔處輻射出的電磁波頻率會(huì)越來(lái)越高，輻射出的總量也會(huì)越來(lái)越大。然而，當(dāng)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行，溫度達(dá)到5000K（注：K是熱力學(xué)開(kāi)氏溫度。與常用攝氏度的換算方法是減去273.16等于常用的攝氏溫度；5000K=4727℃）時(shí)，人們?cè)谛《刺帨y(cè)量得到的結(jié)果卻是，并沒(méi)有看到增加更多更高頻率的電磁波（紫外線(xiàn)端的電磁波）。高頻率的電磁輻射隨著溫度的升高，反而是逐漸下降的，以至于在更高溫度下，更高頻率的電磁波不再出現(xiàn)了。（如圖1-16所示）

圖1-16 隨著溫度的增高，高能量的電磁輻射總量反而逐漸下降人們對(duì)于這種奇怪的、不符合理論的數(shù)據(jù)感到很迷惑，無(wú)法理解。例如，太陽(yáng)就是一個(gè)最好的黑體，太陽(yáng)表面的溫度是6000度，如果光是波，那么太陽(yáng)發(fā)射出的光絕大部分應(yīng)該以紫外線(xiàn)的方式發(fā)射出來(lái)，然而實(shí)際情況卻是，太陽(yáng)并沒(méi)有發(fā)射出更多的紫外線(xiàn)，而是發(fā)射出的白光最多。紫外線(xiàn)和高能射線(xiàn)只占總輻射量的極少一部分。因此，當(dāng)你把光設(shè)想成波，就會(huì)引發(fā)理論與實(shí)際檢測(cè)上的不統(tǒng)一。

（三）光量子

對(duì)黑體輻射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是：通過(guò)圖1-16，我們可以清楚看到，在黑體中溫度達(dá)到3000K時(shí)，假設(shè)輻射的總能量是100份，輻射出的各個(gè)頻率段的電磁波的分布情況是呈現(xiàn)出一個(gè)平緩的小山形的。在溫度達(dá)到4000K時(shí)，輻射出的各個(gè)頻率段輻射的量分布情況就產(chǎn)生了差異，即向紫外線(xiàn)端移動(dòng)。當(dāng)溫度達(dá)到5000K時(shí)，在各個(gè)頻率段的輻射分布情況就呈現(xiàn)出一個(gè)高峰形狀。如果按照當(dāng)時(shí)的經(jīng)典解釋——把光看成是波，溫度越高，在高頻率段的輻射應(yīng)該會(huì)與其他頻率段的輻射相同。但是實(shí)驗(yàn)情況卻是隨著溫度的增高，并未出現(xiàn)大量的更高頻率的電磁波。

1900年，普朗克（1858—1947年）提出了一個(gè)輻射公式，這個(gè)公式完全符合實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)。然而這個(gè)公式讓普朗克必須假定存在一個(gè)公式E=hf，也就是說(shuō)輻射必須是有限量的，即h不能等于零。其中E是能量，f是頻率，h是一個(gè)非常小的常數(shù)。

這是什么意思呢？

簡(jiǎn)單地說(shuō)，從黑體中輻射出來(lái)的電磁波不能是連續(xù)發(fā)出的，而是一份一份發(fā)出的，每一份就被普朗克稱(chēng)為一個(gè)“量子”（量子力學(xué)由此而來(lái)）。例如：普朗克常數(shù)約為h=6.626×10-34J·s，那么如果一個(gè)光子每秒鐘振動(dòng)一次，那么這個(gè)光子具有的能量根據(jù)公式就是6.626×10-34J（J是能量單位）。紅色光的頻率是400×1012赫茲，因此一個(gè)紅色光子具有的能量是400×6.626×10-22J。以此類(lèi)推，其他頻率的光子所具有的能量就很容易計(jì)算出來(lái)了。

因此，從普朗克開(kāi)始，不再把光看成是單純的連續(xù)發(fā)射出的波，而看成是一份一份發(fā)出的波包——量子。