黑体辐射：量子论的诞生

一朵乌云

19 世纪末，物理学家研究「黑体」——能吸收所有入射光的理想物体（炼钢炉的小孔就很接近）。黑体被加热后会发光，炉温越高，光的颜色越从红转黄、再转白。但用经典电磁理论计算它发出的光谱，竟预言紫外线部分能量无穷大——这个荒谬结论被称为「紫外灾难」，正是开尔文所说的物理学大厦上的一朵乌云。

普朗克的「孤注一掷」

1900 年，普朗克为了让公式和实验吻合，硬着头皮假设：黑体吸收和辐射能量不是连续的，而是一份一份的，每份能量 $E=h\nu$，与频率 ν 成正比，h 就是普朗克常数。这份能量「量子」小得不可思议，所以日常完全察觉不到颗粒感——就像沙滩看似连续，其实由一粒粒沙子组成。公式一上，实验曲线严丝合缝，紫外灾难烟消云散。

量子时代由此开启

普朗克自己一度不敢相信这个假设，以为是权宜之计。但五年后爱因斯坦用它解释光电效应，再后来玻尔用它构造原子模型——「量子」从补丁变成了新物理学的基石，普朗克也因此获得 1918 年诺贝尔物理学奖。

最标准的黑体

宇宙大爆炸的余温——宇宙微波背景辐射，是迄今测到最完美的黑体谱，对应温度约 2.7 K（零下 270 多摄氏度）。量一条光谱，就能读出宇宙婴儿时期的照片。

练一练：观察电炉丝或白炽灯从暗到亮时的颜色变化，说说为什么低温偏红、高温偏白。