圖1-15 黑體示意圖

人們設(shè)計出一個只吸收光輻射（電磁輻射）而不放射輻射的空腔球體，然后在球體一端開出一個小洞引出輻射。這個東西就是黑體（見圖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)的溫度加到無限高。人們通過當(dāng)時的實驗得到的結(jié)果是：在溫度較低時，理論與實驗結(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越來越高，輻射出的總量也會越來越大。然而，當(dāng)實驗繼續(xù)進(jìn)行，溫度達(dá)到5000K（注：K是熱力學(xué)開氏溫度。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，人們在小洞處測量得到的結(jié)果卻是，并沒有看到增加更多更高頻率的電磁波（紫外線端的電磁波）。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于這種奇怪的、不符合理論的數(shù)據(jù)感到很迷惑，無法理解。例如，太陽就是一個最好的黑體，太陽表面的溫度是6000度，如果光是波，那么太陽發(fā)射出的光絕大部分應(yīng)該以紫外線的方式發(fā)射出來，然而實際情況卻是，太陽并沒有發(fā)射出更多的紫外線，而是發(fā)射出的白光最多。紫外線和高能射線只占總輻射量的極少一部分。因此，當(dāng)你把光設(shè)想成波，就會引發(fā)理論與實際檢測上的不統(tǒng)一。

（三）光量子

對黑體輻射實驗的結(jié)果是：通過圖1-16，我們可以清楚看到，在黑體中溫度達(dá)到3000K時，假設(shè)輻射的總能量是100份，輻射出的各個頻率段的電磁波的分布情況是呈現(xiàn)出一個平緩的小山形的。在溫度達(dá)到4000K時，輻射出的各個頻率段輻射的量分布情況就產(chǎn)生了差異，即向紫外線端移動。當(dāng)溫度達(dá)到5000K時，在各個頻率段的輻射分布情況就呈現(xiàn)出一個高峰形狀。如果按照當(dāng)時的經(jīng)典解釋——把光看成是波，溫度越高，在高頻率段的輻射應(yīng)該會與其他頻率段的輻射相同。但是實驗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）提出了一個輻射公式，這個公式完全符合實驗所得到的數(shù)據(jù)。然而這個公式讓普朗克必須假定存在一個公式E=hf，也就是說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是一個非常小的常數(shù)。

這是什么意思呢？

簡單地說，從黑體中輻射出來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為一個“量子”（量子力學(xué)由此而來）。例如：普朗克常數(shù)約為h=6.626×10-34J·s，那么如果一個光子每秒鐘振動一次，那么這個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，因此一個紅色光子具有的能量是400×6.626×10-22J。以此類推，其他頻率的光子所具有的能量就很容易計算出來了。

因此，從普朗克開始，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。