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普朗克定律的推导?普朗克黑体辐射公式?( 二 )


“紫外灾变”：在经典统计理论中，能量均分定理预言黑体辐射的强度在紫外区域会发散至无穷大，这和事实严重违背
首先是尽管普朗克给出了量子化的电磁波能量表达式，普朗克并没有将电磁波量子化，这在他1901年的论文以及这篇论文对他早先文献的引用中就可以看到 。他还在他的著作《热辐射理论》（Theory of Heat Radiation）中平淡无奇地解释说量子化公式中的普朗克常数（现代量子力学中的基本常数）只是一个适用于赫兹振荡器的普通常数 。真正从理论上提出光量子的第一人是于1905年成功解释光电效应的爱因斯坦，他假设电磁波本身就带有量子化的能量，携带这些量子化的能量的最小单位叫光量子 。1924年萨特延德拉·纳特·玻色发展了光子的统计力学，从而在理论上推导了普朗克定律的表达式 。
另一错误概念是，普朗克发展这一定律的动机并不是试图解决“紫外灾变” 。“紫外灾变”这一名称是保罗·埃伦费斯特于1911年提出的，从时间上看这比普朗克定律的提出要晚十年之久 。紫外灾变是指将经典统计力学的能量均分定理应用于一个空腔中的黑体辐射（又叫做空室辐射或具空腔辐射）时，系统的总能量在紫外区域将变得发散并趋于无穷大，这显然与实际不符 。普朗克本人从未认为能量均分定理永远成立，从而他根本没有觉察到在黑体辐射中有任何“灾变”存在——不过仅仅过了五年之后，这一问题随着爱因斯坦、瑞利勋爵和金斯爵士的发现而就变得尖锐起来 。
Q4：申盛的打破黑体辐射的普朗克定律“黑体辐射定律”由德国物理学家普朗克于1900年创立，在绝大多数情况下都成立 。但研究证明，在极微小距离中稳定控制物体以测试能量传导，极为困难 。普朗克本人对此定律在微距物体间是否仍成立，亦无把握 。几十年来，不少科学家力图通过实验证实普朗克定律的局限性，但一直未取得突破 。
美国麻省理工学院（MIT）于2009年7月30日宣布该校机械工程系华裔教授、世界知名纳米热电材料和流体学者陈刚与其团队的研究，首次打破被公认为物体间热力传导基本法则的“黑体辐射定律”公式，证实物体极度近距时的热力传导，可以高到定律所预测的千倍 。麻省理工学院网站、美国《世界日报》、联合报进行了详细报道，中国多家门户网站进行了报道或转载 。
陈刚领导的研究小组利用二氧化硅制成的小球和平板取得了突破 。在他们设计的实验中，小球与平板即便接触，也只有一个接触点，从这一点开始将小球与平板分开，可以利用原子力显微镜的悬臂梁测算出二者在不同距离下的辐射 。
“测试这种微距下的辐射也比较有意思，”陈刚说 。原子力显微镜的悬臂梁有两层，一层是金属，另一层是氮化硅薄膜 。即使温度变化轻微，二者的热膨胀和所产生的应力也不一样，悬臂梁就会偏转，此时利用激光测试偏转的角度，便可测算出辐射的大小 。“这是非常灵敏的测热方法，也非常新颖 。”
“真正开始这方面的研究可能有七八年了，但目前所采用的实验设想两年前才真正开始，”陈刚告诉采访人员，“取得现在的成绩殊为不易，是团队合作的结果 。”
据陈刚介绍，论文第一作者申盛为实验成果作出了卓越的贡献，而利用原子力显微镜悬臂梁测量微距下的辐射得益于其学生、论文第二作者阿尔温德·纳拉亚纳斯瓦米 。
目前，陈刚的研究小组可以在实验中做到精确测量30纳米距离的辐射 。陈刚表示，他们将进一步改进实验条件，力争做到可以精确测量物体在一至两纳米距离的辐射，他相信届时测量结果会更令人惊喜 。
MIT表示，陈刚团队证实了科学家所预言但无法实证的理论，获国际间同领域学者喝彩 。此项发现不但让人们对基本物理有进一步了解，对改良计算机数据储存用的硬盘的“记录头”，以及发展储聚能源的新设计等工业应用上十分重要 。
研究论文已在《纳米通讯》（NanoLetter）杂志上发表 。陈刚说，目前计算机使用的硬盘，记录头与硬盘表面约有五六纳米的距离，记录头容易发热，而研究人员一直在寻找控制热力的方法 。热力传导和控制是磁力储存领域十分重要的一环，此类应用也将因陈刚研究小组的发现而迅速发展 。
这项研究成果得到国际同行的高度评价 。长期从事这一领域研究的英国帝国理工学院教授约翰·彭德里爵士说，这项研究成果“令人激动”，因为微距下测定物体温度非常困难，而“陈刚教授的实验完美地解决了这一难题” 。


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