图1-15 黑体示意图

人们设计出一个只吸收光辐射(电磁辐射)而不放射辐射的空腔球体，然后在球体一端开出一个小洞引出辐射。这个东西就是黑体(见图1-15)。黑体的意思是，它只接收辐射，但是不发射辐射。因此，你可以把黑体内的温度加到无限高。人们通过当时的实验得到的结果是：在温度较低时，理论与实验结果符合得很好，即随着温度的增加，从小孔处辐射出的电磁波频率会越来越高，辐射出的总量也会越来越大。然而，当实验继续进行，温度达到5000K(注：K是热力学开氏温度。与常用摄氏度的换算方法是减去273.16等于常用的摄氏温度；5000K=4727℃)时，人们在小洞处测量得到的结果却是，并没有看到增加更多更高频率的电磁波(紫外线端的电磁波)。高频率的电磁辐射随着温度的升高，反而是逐渐下降的，以至于在更高温度下，更高频率的电磁波不再出现了。(如图1-16所示)

图1-16 随着温度的增高，高能量的电磁辐射总量反而逐渐下降人们对于这种奇怪的、不符合理论的数据感到很迷惑，无法理解。例如，太阳就是一个最好的黑体，太阳表面的温度是6000度，如果光是波，那么太阳发射出的光绝大部分应该以紫外线的方式发射出来，然而实际情况却是，太阳并没有发射出更多的紫外线，而是发射出的白光最多。紫外线和高能射线只占总辐射量的极少一部分。因此，当你把光设想成波，就会引发理论与实际检测上的不统一。

(三)光量子

对黑体辐射实验的结果是：通过图1-16，我们可以清楚看到，在黑体中温度达到3000K时，假设辐射的总能量是100份，辐射出的各个频率段的电磁波的分布情况是呈现出一个平缓的小山形的。在温度达到4000K时，辐射出的各个频率段辐射的量分布情况就产生了差异，即向紫外线端移动。当温度达到5000K时，在各个频率段的辐射分布情况就呈现出一个高峰形状。如果按照当时的经典解释——把光看成是波，温度越高，在高频率段的辐射应该会与其他频率段的辐射相同。但是实验情况却是随着温度的增高，并未出现大量的更高频率的电磁波。

1900年，普朗克(1858—1947年)提出了一个辐射公式，这个公式完全符合实验所得到的数据。然而这个公式让普朗克必须假定存在一个公式E=hf，也就是说辐射必须是有限量的，即h不能等于零。其中E是能量，f是频率，h是一个非常小的常数。

这是什么意思呢？

简单地说，从黑体中辐射出来的电磁波不能是连续发出的，而是一份一份发出的，每一份就被普朗克称为一个“量子”(量子力学由此而来)。例如：普朗克常数约为h=6.626×10-34J·s，那么如果一个光子每秒钟振动一次，那么这个光子具有的能量根据公式就是6.626×10-34J(J是能量单位)。红色光的频率是400×1012赫兹，因此一个红色光子具有的能量是400×6.626×10-22J。以此类推，其他频率的光子所具有的能量就很容易计算出来了。

因此，从普朗克开始，不再把光看成是单纯的连续发射出的波，而看成是一份一份发出的波包——量子。