普朗克1858年4月23日生于德国的基尔。就在这一年本生和基尔霍夫开始研究光谱分析法,而基尔霍夫也没有想到这个呱呱随地的婴儿将来就要做他的学生和继承他的教授席位。普朗克少年时代极喜欢音乐,以至于中学毕业后,选择专业时,在音乐和自然科学间犹豫再三,就是到了大学里他还在留恋音乐,并且亲自领导了一个乐队,又是学院合唱团的指挥。这时,在他通向荣誉的大路上又遇到一次小小的干扰,老师坚决反对他专攻理论物理。1924年普朗克在讲演中回忆说:“当我开始研究时,我可敬的老师约里对我描绘物理学是一门高度发展的,几乎是尽善尽美的科学。现在,在能量守恒定律的发现给物理学戴上桂冠之后,这门科学看来很接近于采取最终稳定的形式。也许,在某个角落还有一枚尘屑或一个小气泡,对它们可以去进行研究和分类。但是,作为一个完整的体系,那是建立得足够牢固的;而理论物理学正在明显地接近于如几何学在数百年中所已具有的那样完善的程度。”
幸亏中学和大学的这两次干扰都没有动摇普朗克最终的决心。他21岁时通过了博士论文,他关于热力学方面的研究已开始孕育他将来的新思想。可惜他关于这方面的论文先是被基尔霍夫当作错误观点放在一边,后来他又在物理学会宣读,但全场除一人发言外,其余的人毫无反应,而这一人还是表示反对。关于这件事,他在自己的回忆录里写道:“这是对我那热烈的想像浇了一瓢冷水,我步行回家,抑郁寡欢,但很快就找到了安慰,因为我想:一种好的理论即使没有巧妙的宣传也将会得到承认的。”
普朗克环顾周围无一知音,真是愁闷之极。柏林西郊的格吕内瓦尔德有一片30多平方公里的松林,里面湖泊星罗棋布,煞是安静。普朗克便带上十几岁的儿子到这里散心。儿子当然更不懂他这高深的理论,但是他还是滔滔不绝地说着自己的想法,并扯下一根松枝,狠狠地一折两截,大声说道:“我现在发现的那个东西,要么荒诞无稽,要么也许是牛顿以来物理学上最伟大的发现之一。”但是,除了微风摇动树叶掠过湖面之外,松林间再无一点声音。那些粗大的松树矗立着,俯视着这个奇怪的不速之客。普朗克腿一软,颓然靠在树根,呆呆地看看湖面上由近而远的一层层的波纹。
正是:
不到清明不下雨,不遇春风不吐芽,
时机未到且等待,有苞必定会有花。
这机会终于叫他等到啦。1900年10月19日,柏林物理学会又在举行讨论会。物理学家库尔鲍姆在会上报告了他最近的实验,数据表明虽克服了“紫外灾变”,但仍与维恩公式不符,又是那道不可逾越的难题。谁知这时普朗克恰巧在座,他前几天就知道了这个实验,这种尴尬局面本是意料之中的事。这真是天赐良机,普朗克立即上前在黑板上写出一个自己推出的公式。这个式子无论对长波、短波、高温、低温都惊人地适用,瑞利-金斯公式和维恩公式被和谐地统一到一起。于是满座大惊,虽然还没有一个人能完全弄清楚这个新公式,但是在事实面前却再无人能提出反对意见。会后普朗克的一篇只有三页的短文在物理学会通报上发表了,它成了物理学史上的一块里程碑。
物理学会再也不能轻视普朗克的挑战了,两个月后,1900年12月14日他们在国会大厦附近的赫尔霍姆茨研究所召开会议,特请普朗克介绍这项新发现。请读者记住这个日子,这天便是量子论的诞生日,它奠定了45年后原子武器的原理。普朗克早就如骨鲠在喉,今天终于能说他个痛快淋漓:“一言以蔽之,我做的这件事,可以简单地看作是孤注一掷。我生性平和,不愿进行任何吉凶末卜的冒险。但是我经过六年的艰苦摸索,终于明白,经典物理学对这个黑体辐射问题是丝毫没有办法的。旧的理论既然无能为力,那么就一定要寻找一个新的解释,不管代价多高也一定要把它找到。除了热力学的两条定律必须维持外,至于别的,我准备牺牲我以前对物理所抱的任何一个信念。问题往往是这样,到实在不能解决时,抛弃旧框子,引入新概念,就立即迎刃而解了。”
普朗克引入了一个什么新概念呢?就是说辐射的能量不是连续的,如管子里流的水那样,而是成一小份一小份的,像机关枪里不断射出的子弹。这一份一份就取名为“量子”,量子在拉丁文里是“分立的部分”或“数量”的意思。把一个整体的连续的能量换个角度看作是无数量子的集合,问题就好解决了。这样还不好懂,我们举一个相似的例子,这本书中曾写到祖冲之求圆周率的故事。圆,这个光溜溜的家伙真不好下手,但是祖冲之偏不把它看成是连续的、完整的圆,而认为是一个圆内接的无限多的正多边形,边越多,就越趋近于圆,而那个圆周率也越求越精,但总求不完: