圖1-15 黑體示意圖

　　人們設計出一個只吸收光輻射(電磁輻射)而不放射輻射的空腔球體，然後在球體一端開出一個小洞引出輻射。這個東西就是黑體(見圖1-15)。黑體的意思是，它只接收輻射，但是不發射輻射。因此，你可以把黑體內的溫度加到無限高。人們通過當時的實驗得到的結果是：在溫度較低時，理論與實驗結果符合得很好，即隨著溫度的增加，從小孔處輻射出的電磁波頻率會越來越高，輻射出的總量也會越來越大。然而，當實驗繼續進行，溫度達到5000K(注：K是熱力學開氏溫度。與常用攝氏度的換算方法是減去273.16等于常用的攝氏溫度；5000K=4727℃)時，人們在小洞處測量得到的結果卻是，並沒有看到增加更多更高頻率的電磁波(紫外線端的電磁波)。高頻率的電磁輻射隨著溫度的升高，反而是逐漸下降的，以至于在更高溫度下，更高頻率的電磁波不再出現了。(如圖1-16所示)

　　圖1-16 隨著溫度的增高，高能量的電磁輻射總量反而逐漸下降人們對于這種奇怪的、不符合理論的數據感到很迷惑，無法理解。例如，太陽就是一個最好的黑體，太陽表面的溫度是6000度，如果光是波，那麼太陽發射出的光絕大部分應該以紫外線的方式發射出來，然而實際情況卻是，太陽並沒有發射出更多的紫外線，而是發射出的白光最多。紫外線和高能射線只占總輻射量的極少一部分。因此，當你把光設想成波，就會引發理論與實際檢測上的不統一。

　　(叁)光量子

　　對黑體輻射實驗的結果是：通過圖1-16，我們可以清楚看到，在黑體中溫度達到3000K時，假設輻射的總能量是100份，輻射出的各個頻率段的電磁波的分布情況是呈現出一個平緩的小山形的。在溫度達到4000K時，輻射出的各個頻率段輻射的量分布情況就産生了差異，即向紫外線端移動。當溫度達到5000K時，在各個頻率段的輻射分布情況就呈現出一個高峰形狀。如果按照當時的經典解釋——把光看成是波，溫度越高，在高頻率段的輻射應該會與其他頻率段的輻射相同。但是實驗情況卻是隨著溫度的增高，並未出現大量的更高頻率的電磁波。

　　1900年，普朗克(1858—1947年)提出了一個輻射公式，這個公式完全符合實驗所得到的數據。然而這個公式讓普朗克必須假定存在一個公式E=hf，也就是說輻射必須是有限量的，即h不能等于零。其中E是能量，f是頻率，h是一個非常小的常數。

　　這是什麼意思呢？

　　簡單地說，從黑體中輻射出來的電磁波不能是連續發出的，而是一份一份發出的，每一份就被普朗克稱爲一個“量子”(量子力學由此而來)。例如：普朗克常數約爲h=6.626×10-34J·s，那麼如果一個光子每秒鍾振動一次，那麼這個光子具有的能量根據公式就是6.626×10-34J(J是能量單位)。紅色光的頻率是400×1012赫茲，因此一個紅色光子具有的能量是400×6.626×10-22J。以此類推，其他頻率的光子所具有的能量就很容易計算出來了。

　　因此，從普朗克開始，不再把光看成是單純的連續發射出的波，而看成是一份一份發出的波包——量子。