坚持“波动说”的科学家又建立了一个“瑞利 - 金斯”计算公式。但该公式仅在长波范围内准确,在短波时会出紫外灾难现能量无限大的尴尬情况。
不仅与实验不符,而且也遇到来自哲学家的极大挑战 - 这令人更难堪。一个“粒子说”,在“短波”内有效;一个“波动”说,在“长波”内成立 - 热辐射公式,成了科学界的一朵奇葩。从“光电效应”现象,到“热辐射”计算公式,即可能是“粒子”,也可能是“波”,科学家一而再地遇到这个悖论。
其实冷静想一下,那两个公式也不全错,毕竟还是对了一半嘛,也算给人点安慰 - 这可能不是偶然。1900 年,走投无路的热力学家马克斯·普朗克(Max Planck,1858-1947),干脆抛弃理论上的分歧,仅应用数学技巧“插值法”,将两公式统一了起来。很奇怪,普朗克公式与实验结果惊人的一致!在经历短暂的兴奋后,普朗克开始惴惴不安。因为公式成立的条件要求“能量,不能是连续的,而必须是一份一份的”。
这相当于是支持了“光的粒子说”。而此时,光的双缝干涉已毋庸置疑,赫兹的实验也风头正劲,它们都强烈地显示“光是一种波”。想避免分歧,最后还是躲不开分歧。但此时普朗克相信这种“惊人的一致”绝不是偶然。于是,他大胆确认了这个假设,即“量子”假设。1905 年,爱因斯坦在解释光电效应时,采用了普朗克的“量子”假设,提出了“光子”的概念。
他认为“对于时间的平均值,光表现为波动性;对于时间的瞬时值,光表现为粒子性”,这个说法很辩证,看似完美地解释了光的所有行为规律,还两边都不得罪。光的波粒二象性,使人们“不是离散,就是连续”和“非此即彼”的观念获得很大突破 - 这是后话。其实在当时,爱因斯坦的解释也没给普朗克帮上什么忙,因为他自己也还只是个专利局的技术员。
别说一席之地,此时的科学界连他站的地方都没有。他提出的几个理论,正受到广泛质疑和抨击,可谓是“泥菩萨过河,自身难保”。在强大的压力下,普朗克的“惴惴不安”,不仅是在思想上,也表现在了行动上。