黑暗，隱藏著怎樣的秘密，讓科學家如此癡迷？（上）

原計劃給大家直播月球，可是剛升級的拍攝軟件只要一連接到QHY485C相機就退出，無奈放棄了。但我腦袋里突然冒出來一個問題：我為什么對黑夜這么有興趣？聯想我的物理專業，突然發現，原來喜歡黑的不止我一個，隨著科學的發展，物理學已經在“黑暗”中越走越遠。

在黑暗成為科學的研究對象之前，它一直都以邪惡、孤獨、死亡等負面形式出現在宗教和文學作品里。《圣經》舊約·創世紀篇記述：……上帝說：“要有光！”于是，就有了光。上帝把光和暗分開，把光稱為白晝，把暗稱為黑夜。

我所說的“黑暗”當然不是文學筆下的黑暗，而是物理學上那些看不到或者看不清的東西。在物理學中，黑暗代表抵抗探測的物質，不會和電磁波相互影響的物質，或者這種物質與電磁波以某種方式發生互動，但靠我們目前的技術手段無法接收到相關信息。

黑暗第一次與科學擦肩是發生在18世紀，法國數學家拉普拉斯在牛頓運用萬有引力公式計算出來的逃逸速度的啟發下，想象在宇宙當中有可能會存在著一種天體，它非常致密，以至于從它自身發出的光都不能夠從它周圍逃脫出來，他稱這種星叫做暗星。

可是就連拉普拉斯自己都不相信暗星的存在，黑暗剛剛走進了科學，就這樣停滯了，而這一停滯就是100年。1862年，物理學家基爾霍夫將黑體一詞引入熱力學，黑暗再次走進了物理學。他假想了一種理想物體，這種物體它能夠吸收外來的全部電磁輻射，并且不會有任何的反射與透射。

基爾霍夫

物理學家以此作為熱輻射研究的標準物體。黑體不一定是黑色的（例如太陽在某種情況下就可以看做黑體），即使它沒辦法反射任何的電磁波，它也可以放出電磁波來，而這些電磁波的波長和能量則完全取決于黑體的溫度，不因其他因素而改變。

沒有人能想到，就在“黑”走進科學還不到50年，它就摧毀了經典物理的大廈，一門新的物理學——量子力學在“黑暗”中誕生。一場近年來為大眾所熟知的思想認知的巨大震蕩，正是因為對“黑暗”的全新理解，讓人類的思想在20世紀突然加速。

薛定諤方程

從經典物理學出發推導出的維恩定律在低頻區域與實驗數據不相符，而在高頻區域，從經典物理學的能量均分定理推導出瑞利-金斯定律又與實驗數據不相符，在輻射頻率趨向無窮大時，能量也會變得無窮大，這種結果被稱作為“紫外災變”。

1900年10月，馬克斯·普朗克將維恩定律加以改良，又將玻爾茲曼熵公式重新詮釋，得出了一個與實驗數據完全吻合的普朗克公式來描述黑體輻射。但是在詮釋這個公式時，通過將物體中的原子看作微小的量子諧振子，他不得不假設這些量子諧振子的總能量不是連續的，即總能量只能是離散的數值（經典物理學的觀點恰好相反）。

維恩位移定律

生來就與黑暗緊密相連的黑體逐漸離經叛道，普朗克進一步假設單獨量子諧振子吸收和放射的輻射能是量子化的。愛因斯坦受到普朗克量子化假說的啟發，提出了光量子，完美地解釋了光電效應現象。德布羅意在愛因斯坦的啟發下，提出了物質波……

20世紀的20年代，是量子力學一騎絕塵的時代，我們今天對于恒星的理解、信息化革命，都發端于量子力學。而這一切都源自1862年，基爾霍夫將“黑”引入了物理學。

關于“黑暗”科學的上篇就寫到這里，中篇預告：暗星的正式命名——黑洞，這是20世紀下半葉科學競爭最為激烈的一個領域，敬請期待。

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