6-1 量子論的誕生
6.1.1 熱輻射
所有溫度高於絕對零度的物體都會發射電磁波，這種由物體內部分子熱運動產生的電磁輻射稱為熱輻射。
熱輻射的特性：
- 輻射能量隨溫度升高而增加。
- 不同溫度下，輻射的波長和強度分佈不同。
- 高溫物體輻射的電磁波波長較短（如紅外線、可見光）。
19 世紀末，科學家觀察到黑體輻射的實驗結果無法用古典物理理論解釋，這被稱為紫外災難。
問題 1：
為什麼熱輻射的理論解釋在 19 世紀末遇到了困難？
解題策略：
考慮古典理論對高頻輻射的預測與實驗結果的差異。
6.1.2 能量量子化
為了解決熱輻射問題，普朗克於 1900 年提出了能量量子化的概念，假設物質在吸收或發射能量時不是連續的，而是以最小能量單位（能量量子）的整數倍進行。
普朗克公式： E = h × ν
- E：單個能量量子（光子的能量），單位為焦耳 (J)
- h：普朗克常數，約為 6.626 × 10⁻³⁴ J·s
- ν（希臘字母 nu）：輻射的頻率，單位為赫茲 (Hz)
能量量子化的意義：
- 能量以離散的最小單位存在，不能被無限地分割。
- 解釋了黑體輻射的能量分佈，與實驗結果相符。
- 開啟了量子物理學的大門，對現代物理發展具有重大意義。
問題 2：
普朗克提出的能量量子化概念是為了解決什麼問題？
解題策略：
思考能量量子化如何修正古典理論對高頻輻射的預測。
問題 3：
計算頻率為 5 × 10¹⁴ Hz 的光子的能量。（取 h = 6.626 × 10⁻³⁴ J·s）
解題策略：
使用普朗克公式 E = h × ν，代入 h 和 ν 的值進行計算。
6.1.3 古典物理與近代物理：連續與不連續
古典物理學認為物理量是連續可分的，例如能量可以無限細分。然而，量子論的誕生顯示出物理量在微觀尺度上是離散的，即量子化。
連續與不連續的對比：
- 古典物理：能量、電荷等物理量連續變化。
- 近代物理：能量、電荷等物理量以最小單位存在，不可再分。
量子論的影響：
- 解釋了許多古典物理無法解釋的現象，如光電效應、原子光譜等。
- 促進了現代科技的發展，如半導體、雷射等應用。
問題 4：
古典物理與近代物理在能量觀念上有何主要差異？
解題策略：
比較兩種理論對能量是否可以無限細分的觀點。
問題 5：
量子論的誕生對現代科技有何重要影響？
解題策略：
思考量子論在電子、光學等領域的應用。