普朗克常量实验装置

我国能量天平质量量子基准研究取得核心技术突破我国成为第四个独立测量普朗克常数的国家 据悉，我国能量天平质量量子基准研究取得核心技术突破。该院承担的“能量天平质量量子基准研究”课题4月29日通过国家质检总局组织的专家验收。课题通过独特的“能量天平”方案，使我国首次具备普朗克常数测量和千克基准稳定性绝对测量能力，成为国际上第四个可以独立测量普朗克常数的国家，步入国际计量前沿研究行列。 计量基准的准确与否，需要国际单位制7个基本单位的保证。而质量单位“千克”是7个基本物理量中唯一依靠实物基准保存和复现的一个物理量。为解决这一难题，目前已有多个先进国家计量院开展了此方面的研究，并提出了若干种解决方案。在国家“十一五”科技支撑计划重点项目“以量子物理为基础的现代计量基准研究”的支持下，中国计量科学研究院开展了此方面的研究。据课题负责人张钟华院士介绍，针对国外的研究现状，课题组独创性地提出了与国际上通行的“功率天平”方案不同的“能量天平”方案，通过对普朗克常数的测量，建立质量量子基准。目前，课题组已在国际上首次建立了能量天平法测量普朗克常数装置，并进行了实验验证，第一阶段测量普朗克常数的相对标准不确定度达到7.7×10-5，为国际计量界已获得的少数测量结果之一。 课题组还发挥我国量子化霍尔电阻基准世界领先水平的优势，攻克了互感量的精密测量等能量天平方案的核心技术，解决了3项国际难题：成功研制一套互感量的精密测量系统，将互感量溯源到量子化霍尔电阻和时间标准，互感测试系统测量不确定度达到1×10-7，优于国际上已发表的互感量精密测量的最小不确定度（3×10-6）；研制成功一种负载系数极小的采样电阻，提出了负载系数自我校验方法，为能量天平方案中把互感量溯源到量子化霍尔电阻以及高精密稳流电流源的研制奠定了技术基础；研制成功一套稳定性达到3×10-7/30min，幅值达到250mA的磁场恒流源。 据悉，该项研究具有广泛的推广应用和产业化前景，将大幅度提高我国磁测量仪器、电测精密仪器的准确度，提高稀土资源利用价值，提升科技自主创新水平，具有重大的经济和社会效益。《中国质量报》------转自《中国质量新闻网》，仅仅为传递更多质量时讯。

Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858.4.23.―1947.10.3.姓名：马克斯普朗克1858年4月23日生于基尔。1867年，其父民法学教授J.W.von普朗克应慕尼黑大学的聘请任教，从而举家迁往慕尼黑。普朗克在慕尼黑度过了少年时期，1874年入慕尼黑大学。1877～1878年间，去柏林大学听过数学家K.外尔斯特拉斯和物理学家H.von亥姆霍兹和G.R.基尔霍夫的讲课。普朗克晚年回忆这段经历时说，这两位物理学家的人品和治学态度对他有深刻影响，但他们的讲课却不能吸引他。在柏林期间，普朗克认真自学了R.克劳修斯的主要著作《力学的热理论》，使他立志去寻找象热力学定律那样具有普遍性的规律。1879年普朗克在慕尼黑大学得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。1888年基尔霍夫逝世后，柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人（先任副教授，1892年后任教授）和理论物理学研究所主任。1900年，他在黑体辐射研究中引入能量量子。由于这一发现对物理学的发展作出的贡献，他获得1918年诺贝尔物理学奖。1.普朗克早期的研究领域主要是热力学。他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。此后，他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究。　　2.提出能量子概念　　普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式，创立能量子概念。　　19世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候，出现了著名的所谓“紫外灾难”。虽然瑞利、金斯（1877—1946）和维恩（1864—1928）分别提出了两个公式，企图弄清黑体辐射的规律，但是和实验相比，瑞利-金斯公式只在低频范围符合，而维恩公式只在高频范围符合。普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力，终于导出了一个和实验相符的公式。他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》，第一次提出了黑体辐射公式。12月14日，在德国物理学会的例会上，普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中，他激动地阐述了自己最惊人的发现。他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h，普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常数。普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数，它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中，系统地总结了他的工作，为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。 普朗克对物理学的兴趣在上了中学以后有了新的发展。他的老师缪勒在讲到能量守恒原理的时候给他们讲述了一个辛辛苦苦把一块沉重的砖头扛上屋顶去的泥瓦匠的故事。缪勒说：泥瓦匠在他扛砖的时候所做的功并没有消失，而是原封不动地被储存起来，也许能储存很多年，直到也许有那么一天，这块砖头松动了，以致于落在下面某一个人的头上。缪勒讲得很生动，这使能量守恒原理"宛如一个救世福音"响彻了普朗克的心田。从此，这一原理深深扎根在普朗克的脑中，它成了普朗克日后进行科学研究的基础。　　1874年，普朗克中学毕业了。但在选择今后的努力方向时却陷入了踌躇，因为除物理学之外，他还对音乐有着非同一般的兴趣。他在音乐方面的才能甚至比他对物理学的兴趣来得更早，他很小的时候就已经具有专业音乐家的钢琴和管风琴演奏水准了。他喜欢舒伯特的《摇篮曲》、《美丽的磨坊女郎》，勃拉姆斯的小提琴协奏曲，还有巴赫的《马太受难曲》等等。对于家教甚严、办事循规蹈矩、一丝不苟的普朗克来说，音乐是他唯一能放纵自己的感情，使自己的思想不受任何约束的领地。德意志民族是一个外表严谨但追求内心自由和思想解放的民族，普朗克是一个典型的德国人，他渴望在音乐的殿堂里纵横驰骋。但经过激烈的思想斗争，他还是选择了物理学。至于音乐，可以作为业余爱好。因为他认为做一个科学家应该比做一个艺术家更有价值。　　上大学以后，普朗克渐渐将他在物理学上的兴趣锁定在纯理论的领域，也就是理论物理学。他的物理学老师约里对此十分不解，因为他认为物理学已经是一门高度发展的、几乎尽善尽美的科学，也许，在某个角落还有一粒尘屑或一个小气泡，对它们可以去进行研究和分类。但是，作为一个完整的体系，已经建立得足够牢固的了，经典理论物理学也已接近于十分完善的程度。约里的观点代表了当时科学界对物理学普遍的错误看法，但普朗克却不是那种轻易改变主意的人，走物理学乃至走理论物理学的道路是他认真考虑的结果，他不会让任何东西阻挡他前进的脚步。　　如果你相信你能承担对之所负的责任的话，就不让任何东西阻挡你前进　　因仰慕赫姆霍茨和基尔霍夫这两位物理学家的大名，普朗克在大学最后一年转到柏林大学学习。但两位老师蹩脚的讲课却使普朗克大失所望，不过他没有泄气，而是靠自学来满足自己的求知欲望。他不但自习两位老师的课程，也自修了克劳修斯的《热力学》，正是从克劳修斯的热力学理论出发，他开始了热辐射问题的研究。　　在研究中，柏林大学维恩教授1894年提出的"维恩公式"和英国物理学家瑞利1900年提出的"瑞利公式"这两个完全相反的公式引起了他的注意，他尝试了经典物理学的所有理论和方法，试图提出一个新的公式来代替这两个互相矛盾的公式，但没有成功。为了寻求科学真理，他决定采取孤注一掷的行动--跳出经典物理学，从新的角度来考虑这个问题。1900年10月19日，普朗克在德国物理学会的一次会议上提出了他的新公式，这就是后来著名的"普朗克公式"。12月14日，他在物理学会的另一次会议上提出了这个公式的理论基础，即著名的"能量子假说"。在这个假说中，普朗克放弃了传统的物质运动绝对连续的观念，提出辐射过程不是连续的，而是以最小份量一小"包"一小"包"地放射或吸收，这一小包不能再分成更小的包，就象卖水果糖，最少只能一块一块地卖，而不能半块半块或分成更小的块卖，这个最小的能量单位就叫"能量子"。这一天，后来被人们认为是量子论的"生日"。由于量子概念随后成了理解原子壳层和原子核一切性能的关键，这一天也被看作原子物理学的生日和自然科学新纪元的开端。当然，提出能量子假说的普朗克也被人们尊称为"量子论的奠基人"。　　成名之后的普朗克在谈到自己是如何成为一个科学家的时候，曾说了这么一句话："你必须要有信仰。"普朗克所说的信仰实际上就是对科学、对研究事业的执着的爱和对寻求科学真理的坚定不移的精神。　　值得一提的是，信仰使人成功，但信仰一旦变成固执的行动的话也会妨碍一个人前进的脚步。普朗克本质上根深蒂固的保守意识曾使他在提出石破天惊的理论并得到了其他人的发展以后，却固执地要将跳出经典物理学旧框框提出的新理论重新纳回经典物理学的旧框框中去。　　普朗克的墓在哥庭根市公墓内，其标志是一块简单的矩形石碑，上面只刻着他的名字，下角写着:尔格秒。 他的墓志铭就是一行字：h＝6.63×10^-34JS，这也是对他毕生最大贡献：提出光量子假说的肯定。

一、生平简介普朗克，M.（Max Planck 1858～1947）近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。1858年4月23日生于基尔。1867年，其父民法学教授J.W.von普朗克应慕尼黑大学的聘请任教，从而举家迁往慕尼黑。普朗克在慕尼黑度过了少年时期，1874年入慕尼黑大学。1877～1878年间，去柏林大学听过数学家K.外尔斯特拉斯和物理学家H.von亥姆霍兹和G.R.基尔霍夫的讲课。普朗克晚年回忆这段经历时说，这两位物理学家的人品和治学态度对他有深刻影响，但他们的讲课却不能吸引他。在柏林期间，普朗克认真自学了R.克劳修斯的主要著作《力学的热理论》，使他立志去寻找象热力学定律那样具有普遍性的规律。1879年普朗克在慕尼黑大学得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。1888年基尔霍夫逝世后，柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人（先任副教授，1892年后任教授）和理论物理学研究所主任。1900年，他在黑体辐射研究中引入能量量子。由于这一发现对物理学的发展作出的贡献，他获得1918年诺贝尔物理学奖。 自20世纪20年代以来，普朗克成了德国科学界的中心人物，与当时德国以及国外的知名物理学家都有着密切联系。1918年被选为英国皇家学会会员，1930～1937年他担任威廉皇帝协会会长。在那时期，柏林、哥廷根、慕尼黑、莱比锡等大学成为世界科学的中心，是同普朗克、W.能斯脱、A.索末菲等人的努力分不开的。在纳粹攫取德国政权后，以一个科学家对科学、对祖国的满腔热情与纳粹分子展开了，为捍卫科学的尊严而斗争。1947年10月4日在哥廷根逝世。二、科学成就1.普朗克早期的研究领域主要是热力学。他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。此后，他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究。2.提出能量子概念普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式，创立能量子概念。19世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候，出现了著名的所谓“紫外灾难”。虽然瑞利、金斯（1877—1946）和维恩（1864—1928）分别提出了两个公式，企图弄清黑体辐射的规律，但是和实验相比，瑞利-金斯公式只在低频范围符合，而维恩公式只在高频范围符合。普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力，终于导出了一个和实验相符的公式。他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》，第一次提出了黑体辐射公式。12月14日，在德国物理学会的例会上，普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中，他激动地阐述了自己最惊人的发现。他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h，普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常数。普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数，它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中，系统地总结了他的工作，为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。三、趣闻轶事1.启蒙老师普朗克走上研究自然科学的道路，在很大程度上应该归功于一个名叫缪勒的中学老师。普朗克童年时期爱好音乐，又爱好文学。后来他听了缪勒讲的一个动人故事：一个建筑工匠花了很大的力气把砖搬到屋顶上，工匠做的功并没有消失，而是变成能量贮存下来了；一旦砖块因为风化松动掉下来，砸在别人头上或者东西上面，能量又会被释放出来，……这个能量守恒定律的故事给普朗克留下了终生难忘的印象，不但使他的爱好转向自然科学，而且成为他以后研究工作的基础之一。2.“普朗克行星”普朗克进入科学殿堂以后，无论遇到什么困难，都没有动摇过他献身于科学的决心。他的家庭相继发生过许多不幸：1909年妻子去世，1916年儿子在第一次世界大战中战死，1917年和1919年两个女儿先后都死于难产，1944年长子被希特勒处死。但是普朗克总是用奋发忘我的工作抑制自己的感情和悲痛，为科学做出了一个又一个重要的贡献。他一生发表了215篇研究论文和7部著作，其中包括1959年所著的《物理学中的哲学》一书。在普朗克诞辰80周年的庆祝会上，人们“赠给”他一个小行星，并命名为“普朗克行星”。1946年他虽然体弱，但却非常高兴地出席了皇家学会的纪念牛顿的集会。3.墓碑号刻着他的名和h的值普朗克为人谦虚，作风严谨。在1918年4月德国物理学会庆贺他60寿辰的纪念会上，普朗克致答词说：“试想有一位矿工，他竭尽全力地进行贵重矿石的勘探，有一次他找到了天然金矿脉，而且在进一步研究中发现它是无价之宝，比先前可能设想的还要贵重无数倍。假如不是他自己碰上这个宝藏，那么无疑地，他的同事也会很快地、幸运地碰上它的。”这当然是普朗克的谦虚。洛仑兹在评论普朗克关于能量子这个大胆假设的时候所说的话，才道出了问题的本质。他说：“我们一定不要忘记，这样灵感观念的好运气，只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到。”1947年10月3日，普朗克在哥廷根病逝，终年89岁。德国政府为了纪念这位伟大的物理学家，把威廉皇家研究所改名叫普朗克研究所。普朗克的墓在哥庭根市公墓内，其标志是一块简单的矩形石碑，上面只刻着他的名字，下角写着： h=6.62×10－27尔格秒。