能不能通俗易懂的解釋下為什么普朗克常量是物理中的最小劃分？

普朗克常量要吃透，必須先吃下量子力學來龍去脈的瓜。本來這事是研究生頭疼的日常，題主何苦為難自己呢？

但是，當做一個科學的小八卦故事，我們也是可以講一講的。

先來一記重擊

作為普朗克常量誕生的量子論，量子是很難理解，它是艱深的數(shù)學和奇異的模型結(jié)合體，充滿了任性的實驗經(jīng)驗和脫離客觀現(xiàn)實的假設(shè)。

量子論的奠基人之一玻爾（nielsbohr）說過：“如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論。”

讓我們從光開始

很久很久以前，這是事實，不是一個故事慣用的開頭。

自古以來，光就被理所當然地認為是這個宇宙最原始的事物之一。古希臘時代的人們傾向于把光看成是一種非常細小的粒子流，簡單的說，光是由一粒粒非常小的“光原子”所組成的。17世紀中期，意大利數(shù)學家格里馬第，根據(jù)光的衍射實驗，第一次提出光的波動學說。

這就是潘多拉魔盒的起源，從此，物理學進入了長達數(shù)個世紀的波-粒之爭。

19世紀末，麥克斯韋第一次將光統(tǒng)一到電磁波理論中，同時也為幾百年的糾纏爭論，暫時劃上了句號。光的波動說變成了無可動搖的事實，順帶，經(jīng)典物理走上了巔峰。

到這里為止，都沒有量子論什么事，一切都還十分的美滿幸福。

有光的地方就有烏云

19世紀最后的年月里，76歲的開爾文男爵的這段發(fā)言，令他在物理史上留下了永遠的印記，他是這樣說的“動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽，顯得黯然失色了。”

這兩朵著名的烏云，分別指的是經(jīng)典物理在光以太和麥克斯韋－玻爾茲曼能量均分學說上遇到的難題。

簡單的說，指的就是人們在邁克爾遜－莫雷實驗和黑體輻射研究中的困境。

今天我們知道，第一朵烏云，最終導致了相對論革命的爆發(fā)。第二朵烏云，最終導致了量子論革命的爆發(fā)。

我們的故事有點長，這時候主角才正式登場。

黑體輻射的困境

一個物體看上去是白色的，是因為它反射所有頻率的光波；反之，如果看上去是黑色的，則是因為它吸收了所有頻率的光波。物理上定義的“黑體”，指的就是可以吸收全部外來輻射的物體。舉個簡單的例子，一個空心的球體，內(nèi)壁涂上吸收輻射的涂料，外壁上開一個小孔。從小孔觀察內(nèi)壁，就是絕對黑色的，即是我們定義的“黑體”。

同學們研究黑體不是閑到無聊，而是根據(jù)黑體熱輻射效應(yīng)，用這個原理，我們甚至可以坐在實驗里，就能知道天上恒星的元素構(gòu)成，對于研究宇宙的奧秘可是有著至關(guān)重要的作用。

但隨著研究的深入，我們遇到了一個尷尬的事實，當我們用數(shù)學方式來描述“物體的輻射能量和溫度究竟有著怎樣的函數(shù)關(guān)系”時，最終推論出兩套經(jīng)驗公式，它們分別是維恩公式以及瑞利-金斯公式，這兩個公式分別只有在短波和長波的范圍內(nèi)才能起作用，在各自的領(lǐng)域內(nèi)，它們精確的和實驗吻合，可是一旦來到對方的界限中，它們則涇渭分明，無法溝通。但物理學的最高教義就是統(tǒng)一，同一個事實的描述，不可能需要兩個毫無聯(lián)系的方程，這其中必定隱藏了什么。

仔細分析里面的奧秘，我們驚訝的發(fā)現(xiàn)，如果我們從經(jīng)典粒子的角度出發(fā)去推導，就得到適用于短波的維恩公式。如果從類波的角度去推導，就得到適用于長波的瑞利－金斯公式。光這個古老的概念，究竟是粒子還是波？我們又回到了曾經(jīng)困擾幾百年爭論問題的起點。

普朗克的發(fā)現(xiàn)

普朗克是個好同學，他決定徹底解決黑體輻射這個困擾人們多時的問題。他的目的也很簡單，從現(xiàn)存的兩個公式中，找出一個普遍適用的公式，徹底解決紛爭。普朗克對自己數(shù)學功底有很強的自信，他利用數(shù)學上的內(nèi)插法，讓維恩公式的影響在長波的范圍里盡量消失，而在短波里“獨家”發(fā)揮出來。

就是這個純粹出于湊數(shù)的公式，背后帶來了一場令物理界地動山搖的變革。

多年以后，普朗克在給人的信中說“當時，我已經(jīng)為輻射和物質(zhì)的問題而奮斗了6年，但一無所獲。但我知道，這個問題對于整個物理學至關(guān)重要，我也已經(jīng)找到了確定能量分布的那個公式。所以，不論付出什么代價，我必須找到它在理論上的解釋。而我非常清楚，經(jīng)典物理學是無法解決這個問題的”。

普朗克發(fā)現(xiàn)，他必須拋棄經(jīng)典物理的一些概念了，甚至完美無缺的麥克斯韋方程組也必須違背，他得接受一直不喜歡的統(tǒng)計力學立場，從玻爾茲曼的角度來看問題，把熵和幾率引入到這個系統(tǒng)里來。然后，普朗克發(fā)現(xiàn)了一個事實，他必須做一個假定，假設(shè)能量在發(fā)射和吸收的時候，不是連續(xù)不斷，而是分成一份一份的！

正是這個看似極度平常的創(chuàng)舉，量子正式誕生！

普朗克的方程明確表示，能量必須只有有限個可能態(tài)，它不能是無限連續(xù)的。在發(fā)射的時候，它必須分成有限的一份份，它存在一個最小的單位。

結(jié)語

那么，這個最小單位究竟是多少呢？從普朗克的方程里可以容易地推算出這個常數(shù)的大小，它約等于6.55×10^-27爾格*秒，換算成焦耳，就是6.626×10^-34焦耳*秒。這個單位很小，以至于我們通常認為它好像就是連續(xù)的一樣。

而這個值，現(xiàn)在我們稱之為“普朗克常數(shù)”，用h來表示。同時，這也是人類目前理解的最小的單位，事實上，我們已經(jīng)無法再往下劃分了。

有同學不服，認為腦洞無極限，我不介意這個觀點，但是請記住，思考和胡扯的界限，就是實驗。如果你能拿出成熟的理論加以實驗數(shù)據(jù)佐證，我不介意修改我的看法。在這之前，請閉嘴。

我是貓先生，歡迎關(guān)注，感謝閱讀。