讓我們言歸正傳。在那個風雲變幻的世紀之交,普朗克決定徹底解決黑體輻射這個困擾人們多時的問題。他的手上已經有了維恩公式,可惜這個公式隻有在短波的範圍內才能正確地預言實驗結果。另一方麵,雖然普朗克當時不清楚瑞利公式 ,但他無疑也知道,在長波範圍內,ρ和T成簡單正比關係這一事實。這是由他的好朋友,PTR的實驗物理學家魯本斯(Heinrich Rubens,上一章提到過)在1900年的10月7號的中午告訴他的。到那一天為止,普朗克在這個問題上已經花費了6年的時光 ,但是所有的努力都似乎徒勞無功。
現在,請大家肅靜,讓我們的普朗克先生好好地思考問題。擺在他麵前的全部事實,就是我們有兩個公式,分別隻在一個有限的範圍內起作用。但是,如果從根本上去追究那兩個公式的推導,卻無法發現任何問題。而我們的目的,在於找出一個普遍適用的公式來。
10月的德國已經進入仲秋。天氣越來越陰沉,厚厚的雲彩堆積在天空中,黑夜一天比一天來得漫長。落葉繽紛,鋪滿了街道和田野,偶爾吹過涼爽的風,便沙沙作響起來。白天的柏林熱鬧而喧囂,入夜的柏林靜謐而莊重,但在這靜謐和喧囂中,卻不曾有人想到,一個偉大的曆史時刻即將到來。
在柏林大學那間堆滿了草稿的辦公室裏,普朗克為了那兩個無法調和的公式而苦思冥想。終於有一天,他決定,不再去做那些根本上的假定和推導,不管怎麼樣,我們先嚐試著湊出一個可以滿足所有波段的普適公式出來。其他的問題,之後再說吧。
於是,利用數學上的內插法,普朗克開始玩弄起他手上的兩個公式來。要做的事情,是讓維恩公式的影響在長波的範圍裏盡量消失,而在短波裏“獨家”發揮出來。普朗克嚐試了幾天,終於遇上了一個Eureka Moment,他無意中湊出了一個公式,看上去似乎正符合要求!在長波的時候,它表現得就像正比關係一樣。而在短波的時候,它則退化為維恩公式的原始形式。這就是著名的普朗克黑體公式:
10月19號,普朗克在柏林德國物理學會(Deuts Physikalis Gellschaft)的會議上,把這個新鮮出爐的公式公諸於眾。當天晚上,魯本斯就仔細比較了這個公式與實驗的結果。結果,讓他又驚又喜的是,普朗克的公式大獲全勝,在每一個波段裏,這個公式給出的數據都十分精確地與實驗值相符合。第二天,魯本斯便把這個結果通知了普朗克本人,在這個徹底的成功麵前,普朗克自己都不由得一愣。他沒有想到,這個完全是僥幸拚湊出來的經驗公式居然有著這樣強大的威力。
當然,他也想到,這說明公式的成功絕不僅僅是僥幸而已。這說明了,在那個神秘的公式背後,必定隱藏著一些不為人們所知的秘密。必定有某種普適的原則假定支持著這個公式,這才使得它展現出無比強大的力量來。
普朗克再一次地注視他的公式,它究竟代表了一個什麼樣的物理意義呢?他發現自己處於一個相當尷尬的地位:知其然,但不知其所以然。是的,他的新公式管用!但為什麼呢?它究竟是如何推導出來的呢?這個理論究竟為什麼正確,它建立在什麼樣的基礎上,它到底說明了什麼?這些卻沒有一個人可以回答,連公式的發現者自己也不知道。
普朗克閉上眼睛,體會著興奮、焦急、疑惑、激動、失望混雜在一起的那種複雜感情。到那時為止,他在黑體的迷宮中已經磕磕絆絆地摸索了整整6年,現在終於誤打誤撞地找到了出口。然而回頭望去,那座迷宮卻依然神秘莫測,大多數人們依然深陷其中,茫然地尋找出路,就連普朗克自己,也沒有把握能夠再次進入其中而不致迷失。的確,他隻是僥幸脫身,但對於這座建築的內部結構卻仍然一無所知,這叫普朗克怎能甘心“見好就收”。不,他發誓要徹底征服這個謎題,把那個深埋在公式背後的終極奧秘挖掘出來。他要找到那張最初的設計藍圖,讓每一條暗道,每一個密室都變得一目了然。普朗克並不知道他究竟會發現什麼,但他模糊地意識到,這裏麵隱藏的是一個至關重要的東西,它可能關係到整個熱力學和電磁學的基礎。這個不起眼的公式隻是一個線索,它的背後一定牽連著一個沉甸甸的秘密。突然之間,普朗克的第六感告訴他,他生命中最重要的一段時期已經到來了。
多年以後,普朗克在給人的信中說:
“當時,我已經為輻射和物質的問題而奮鬥了6年,但一無所獲。但我知道,這個問題對於整個物理學至關重要,我也已經找到了確定能量分布的那個公式。所以,不論付出什麼代價,我必須找到它在理論上的解釋。而我非常清楚,經典物理學是無法解決這個問題的……”