天才與悲劇:提出量子概念的普朗克

天才與悲劇:提出量子概念的普朗克
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我們想讓你知道的是

普朗克提出的量子概念打開了現代物理學的一道大門,徹底改變了物理學的發展方向。

馬克斯・普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858-1947)出身學者家族,他的曾祖父和祖父都是神學教授,父親則是法律教授。普朗克在德國北部城市基爾出生,於兄弟姊妹之中排行第六。

在他9歲的時候,普朗克舉家搬到南部城市慕尼黑居住。在慕尼黑的中學裡,他受到一位數學家老師Hermann Müller的教導,學習了很多關於力學、數學及天文學的知識。普朗克在Müller那裡第一次學到能量守恆定律,Müller可說是他的物理學啟蒙老師。

普朗克在1874年進入慕尼黑大學(Ludwig-Maximilians-Universität München)攻讀物理。有趣的是,普朗克的物理學教授Philipp von Jolly曾勸他不要讀物理,因為「物理學的所有東西都已被發現了,剩下的工作只是填補漏洞」。更有趣的是普朗克的回答,他說自己「並不想發現新的東西,只想理解物理學的基礎,或者能夠加深對它們的理解」。

“Ich hege nicht den Wunsch, Neuland zu entdecken, sondern lediglich, die bereits bestehenden Fundamente der physikalischen Wissenschaft zu verstehen, vielleicht auch noch zu vertiefen.” – Max Planck

普朗克曾於1877年到柏林洪堡大學(Humboldt-Universität zu Berlin)學習一年,期間曾跟隨物理學家亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz)、基爾霍夫(Gustav Kirchhof)、數學家魏爾斯特拉斯(Karl Weierstraß)學習。他於1879年取得博士學位、1880年取得任教大學的資格,之後五年都在慕尼黑當沒有薪金的私人講師(Privatdozent)。

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Photo Credit: Unknown, Public Domain.
1878年的普朗克。

1885年,普朗克終於受到基爾大學聘請,成為助理教授。1889年,普朗克在亥姆霍茲的幫助下,繼承基爾霍夫在柏林洪堡大學的職位,並在1892年成為正教授。根據邁特納(Lise Meitner)所說,普朗克教學從不出錯,是她聽過之中最好的。

“…using no notes, never making mistakes, never faltering; the best lecturer I ever heard.” – Lise Meitner

普朗克的物理學功力十分深厚,但原來他曾經想過以音樂家為職業。他學過唱歌,也懂得演奏鋼琴、管風琴和大提琴,亦會創作歌曲和歌劇。這一點與小提琴不離手的愛因斯坦很相似。普朗克在柏林居住的時候,很多著名的科學家如愛因斯坦、邁特納、哈因(Otto Hahn)等,都經常到普朗克家中作客,在討論科學之餘一起演奏音樂。

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Photo Credit: Unknown, Public Domain.
1931年普朗克在柏林與幾位諾貝爾獎得主晚餐,由左至右分別是W. Nernst、愛因斯坦、普朗克、R.A. Millikan及von Laue。

那麼,究竟普朗克發現了什麼重要的物理學理論?在古典物理學概念裡,能量是連續的,可以被分成任意小的量。這聽起來相當自然而且合理,可是當物理學家計算出物體放出的輻射有多少時,就發現了一個大難題。根據古典熱力學,瑞利男爵(Lord Rayleigh)推導出一條公式去計算物體輻射的光譜。瑞利發現輻射強度與輻射的頻率的二次方成正比。換句話說,物件所釋放出來的輻射頻率越高,能量越大。因此,當我們計算所有波長的輻射總量時,我們就會得到無限大!這明顯違反實驗觀察吧……我們並沒有輻射出無限多的能量啊。

這個問題一直困擾著物理學家們。後來,威廉・維因(Wilhelm Wien)找到了一條公式,解決了高頻率輻射能量無限大的問題。維因的公式可以描述高頻率的情況,而瑞利的公式則描述低頻率的情況。可是我們又有另一個問題:兩條公式不能結合在一起!

普朗克從1894年開始研究這個問題。他在1900年發現,如果輻射的能量並非連續的,即有著一個最小的單位,那麼他就可以推導出一條完全符合實驗結果的公式,同時能夠結合維因和瑞利的方程。現在,我們稱這條終極公式為普朗克定律(Planck’s law)。符合普朗克定律的輻射光譜,又叫做黑體輻射(blackbody radiation)。

普朗克的單位能量概念,我們稱之為量子(quanta),而輻射的量子就即是光量子(photon)。他發現,光量子的能量與其頻率成正比,即:

E = hν

其中E是能量、ν是頻率。這個結論完全違反傳統輻射理論中,輻射能量與輻射強度成正比。公式裡的比例常數h就是著名的普朗克常數(Planck constant),支配著宇宙間所有量子現象。普朗克提出的量子概念打開了現代物理學的一道大門,徹底改變了物理學的發展方向。

不過,普朗克本人也未能立即接受量子論。他說當時感到絕望,並已準備好放棄所有已知的物理學。

“I was ready to sacrifice any of my previous convictions about physics.” – Max Planck

普朗克對數學邏輯的信念最終令他接受量子論。後來,馬克斯・波恩(Max Born)這樣描述普朗克:「自然地,他[馬克斯・普朗克]是個保守派;他沒有革命思想,並徹底地懷疑所有推測。然而,他對基於事實的邏輯推論的強迫性信念,強到使他沒有在震撼物理學的革命性概念前畏縮。」

“He [Max Planck] was, by nature, a conservative mind; he had nothing of the revolutionary and was thoroughly skeptical about speculations. Yet his belief in the compelling force of logical reasoning from facts was so strong that he did not flinch from announcing the most revolutionary idea which ever has shaken physics.” – Max Born

1905年,愛因斯坦利用普朗克的光量子概念解釋了光電效應。普朗克和其他物理學家漸漸接受量子論的真實性,量子力學在20世界初以極速發展。今天,我們從前沿物理到生物導航,都可以找到量子現象與普朗克常數的身影。2018年,國際計量委員會(International Committee for Weights and Measures)將在巴黎的會議中舉行投票,決定是否以普朗克常數重新定義質量的單位:公斤。普朗克於1900年提出的量子,在118年後仍然深深影響著人類的科學發展。

普朗克的名字在德國科學界幾乎無所不在。例如由普朗克建立的德國物理學會(Deutsche Physikalische Gesellschaft),自1929年起頒發普朗克獎章(Max Planck Medal)給傑出的理論物理學研究,第一屆就是頒給普朗克本人和愛因斯坦。德國最大的科研機構威廉皇家學會(Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft,簡稱KWG)亦於1948年改名成馬克斯.普朗克學會(Max-Planck-Gesellschaft,簡稱MPG)。MPG其下共有83個以普朗克命名的科研機構,我亦有幸於其中的馬克斯.普朗克地外物理研究所(Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik)取得博士學位。

普朗克在科學上的成果豐碩,但他的一生其實充滿悲傷與不幸。1887年,普朗克與青梅竹馬馬莉(Marie)結婚,兩人生下四個孩子。可是在1909年,瑪莉卻因肺癆過世。兩年後,普朗克再與他的表妹瑪加(Marga)結婚,生下第五個孩子。1914年,第一次世界大戰爆發,普朗克的次子艾連(Erwin)被法軍監禁,長子卡爾(Karl)在凡爾登戰役戰死。之後,他的一對孖生女兒因難產死去,而艾連最後亦因在1944年暗殺希特拉失敗而被處死。我們根本無法想像普朗克承受的傷痛有多大。

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普朗克寫給希特拉的信。他懇求希特拉看在他已87歲,年事已高,放過他的兒子艾連。艾連在1945年1月23號被處決,普朗克痛不欲生,兩年後逝世。

“My Führer!

I am most deeply shaken by the message that my son Erwin has been sentenced to death by the People’s Court.

The acknowledgement for my achievements in service of our fatherland, which you, my Führer, have expressed towards me in repeated and most honouring way, makes me confident that you will lend your ear to an imploring 87-year old.

As the gratitude of the German people for my life’s work, which has become an everlasting intellectual wealth of Germany, I am pleading for my son’s life.

Max Planck”

第二次世界大戰期間,普朗克並沒有參與迫害猶太人的活動,他也曾幫助很多猶太科學家在1930年代繼續在德國保住工作。在普朗克的領導下,KWG曾在一段時間裡不受納綷政權的干預。縱使當時納粹政府禁止教授「猶太人的科學」,普朗克仍堅持繼續教授愛因斯坦的理論,因此他和其他不支持納綷的物理學家被攻擊為「白種猶太人」(weiße Juden)。納粹聲稱普朗克擁有1/16的猶太血統,普朗克否認了這個指控。

普朗克在1926年從柏林洪堡大學退休,只保留各物理學會的職務。由於普朗克不肯與納粹政權合作,他們就阻撓普朗克在1937年KWG主席任期屆滿後連任,並控制了普魯士科學院(Prussian Academy),逼使普朗克辭職以示抗議。沒有職務在身的普朗克四處旅行講公開講座,又在1943年成功攀上阿爾卑斯山脈的一個三千米高的山峰。

1944年,普朗克於柏林的家被空襲摧毀,他的所有科學紀錄和書信全部化為灰燼。為逃避戰火,他與瑪加和兒子逃到哥廷根。最後,艾連的死令普朗克失去生存希望。量子物理之父普朗克於1947年10月4號與世長辭。

普朗克看著妻子與四個子女死亡,這種傷痛非常人能理解。如果我們繼續自相殘殺、破壞我們在宇宙中唯一的家園,我們如何有面目享受現代科技帶來的便利生活、又如何面對這些獻出一生去改變人類生活的科學先驅?

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關於一座城市,你所能夠感受的一切:開箱 BEMO Café X PRESS BUTTER SAND中秋聯名禮盒

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我們想讓你知道的是

今年中秋節,來自BEMO Café的BEMO Café X PRESS BUTTER SAND 中秋聯名禮盒,以用香味探索城市記憶的精選壺泡咖啡、日本最強人氣PRESS BUTTER SAND點心,讓你在遇見BEMO Café中秋節禮盒的這一秒,選擇禮盒的困難度瞬間煙消雲散。

從拿到這款BEMO Café X PRESS BUTTER SAND中秋聯名禮盒第一眼就令人驚喜,甚至是賞心悅目。禮盒總共有兩款配色,香檳金色禮盒刻意搭配質感上乘的橘紅色提袋更顯得搶眼;而寶石粉色禮盒多份討喜感,搭配氣勢萬千的金色提袋更顯得嬌氣。盒身和提袋意外的配色互相輝映,加上盒面閃耀的雷射光芒,時尚大氣的態度難怪讓人目光難以移開,禮盒派頭滿分。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

BEMO Café這兩款配色是有巧思的,香檳金禮盒大方高貴,無論是企業或個人送禮,都是絕不出錯的選擇;而僅在官網與限定通路販售的寶石粉禮盒,除了送禮之外更推薦自用——看看它所呈現的那種耀眼又自信的態度,女孩們是不是也想像寶石粉般閃閃發光呢?

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Photo Credit:TNL Brand Studio

除了配色外,隆重介紹一下禮盒的設計概念,它是透過盒體的多面性打造出世界各地的城市剪影,遠看就像一棟棟建築物;欣賞完外觀準備開箱禮盒,把禮盒放平後就好像打開一本書,準備進入未知的城市旅行時的感覺,有哪些城市正在等待迎接著旅人呢?

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Photo Credit:TNL Brand Studio

禮盒外觀以城市為設計概念,遠看就像一棟棟建築物

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Photo Credit:TNL Brand Studio
禮盒盒身可以左右分開,就像打開一本書

大家應該會好奇BEMO Café這個品牌,先幫大家介紹一下。BEMO Café是一個精品咖啡品牌,2018年的一段北美之旅,成為BEMO Café創立的起點,這也是為什麼旅行、城市、故事的概念,在BEMO Café的作品中反覆出現。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

此款中秋節禮盒就收納BEMO Café城市系列,包括台北、倫敦、京都、伊斯坦堡、巴黎和羅馬共六款城市咖啡,每一款都是精選配置的咖啡豆,以瑞士工業級磨豆機研磨,再用日本尖端包裝設備氮氣,把直逼現磨的咖啡豆香氣,和對世界各城市的想念,封填在每一袋咖啡中,這款香氣真的會撲鼻而且是有層次的。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

如此迷人香氣,不僅更讓人好奇BEMO Café了 ! 除了擁有專業咖啡顧問與杯測團隊,其實他們更喜歡尋找有故事性的咖啡職人合作,讓咖啡的可能性無限擴充。此外,BEMO Café還推出了顛覆框架,獨家首創的「壺泡咖啡」——以東方泡茶的形式沖泡咖啡,帶來前味清爽、中味濃郁、後味尾韻悠長的全新表現形式。BEMO Café希望每一種風味都能找到懂它的人,其品牌定位是更期待能成為每位咖啡愛好者的專屬咖啡師。

當然每個人對香氣是非常主觀的,不過大家可以從每款城市系列包裝上所標示的香氣來場城市尋香之旅。這次禮盒中的六款咖啡,分別是帶有熱帶水果、焦糖、高山茶香氣的「台北」;融合水果派、柑橘果醬、伯爵紅茶滋味的「倫敦」;用醃漬梅、茶花香、焦糖甜堆砌而成的「京都」;令人印象深刻的「伊斯坦堡」,有著烤堅果、黑巧克力和洛神花香料味;還有複雜又迷人的「巴黎」,由葡萄果醬、百香果、蜜糖、勃根地紅酒、黑巧克力交織而成;最後是「羅馬」,有麥芽糖、琴酒、菠蘿糖、苦甜巧克力、杏仁果的味道。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

這款禮盒還有另一強大之處,就是禮盒右邊是日本風靡甜食愛好者的PRESS BUTTER SAND焦糖奶油夾心餅乾。不用多說大家應該都知道這個日本甜點牌子,自推出以來就成為日本人氣最高的伴手禮之一,不定期還會推出限定的不同口味,非常受到歡迎,這款禮盒可說是強強聯手阿!

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Photo Credit:TNL Brand Studio

而BEMO Café在這次禮盒中放入的六塊PRESS BUTTER SAND焦糖奶油夾心餅乾,共有四種口味,分別是最受歡迎、最經典的原味焦糖奶油夾心餅乾,奢華使用日本著名的甘王草莓製作而成的草莓焦糖奶油夾心餅乾,帶著輕微萊姆酒香氣的黑巧焦糖奶油夾心餅乾 ,以及口感纖細,香草甜味與濃郁萊姆酒雙重平衡的白巧焦糖奶油夾心餅乾,讓人口水都快流下來了。

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Photo Credit:TNL Brand Studio
壺泡咖啡可以找任一款茶壺,蓋上蓋子讓熱度持續維持,沖泡出最佳咖啡風味。

不囉嗦趕緊來泡一壺了,打開BEMO Café獨創的「壺泡咖啡」,發現份量滿多的有18g,可以獨享、但更適合3-4人分享,這全新咖啡沖泡體驗,看起來有點像在泡茶?原來它是以東方泡茶模式沖泡的西方咖啡,再以獨家技術,讓咖啡在壺泡過程中完整保留天然油脂,口感厚實,風味表現更貼近法壓壺,而且隨著沖泡時間還有前、中、後味的表現;另一方面從一壺咖啡中,還可以品嘗到不同的咖啡濃淡味道,滿足大家不同需求。

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建議浸泡3-5分鐘後,品嚐前味的清新茶香感,接著再續泡6-10分鐘,享受後味的醇厚滑順咖啡感

沖泡方法很簡單,先將18g的咖啡包放進壺中,注入270~450ml 、 90~95 度的熱水。建議浸泡3-5分鐘後,品嚐前味的清新茶香感,真的有茶香味! 接著再續泡6-10分鐘,享受後味的醇厚滑順咖啡感。一包BEMO Café壺泡咖啡,是茶也是咖啡,可以創造出兩種孓然不同的體驗,真的是顛覆對咖啡的定義了。對了,壺泡可以找任一款茶壺,蓋上蓋子讓溫度持續維持,沖泡出最佳咖啡風味。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

這次為大家開箱試喝的是「城市系列-巴黎」,搭配原味焦糖奶油夾心餅乾,好期待會有什麼奇妙的火花,先倒一杯趕緊來試喝。鼻子先聞看看香氣,「城市系列-巴黎」的前味中有著明確的葡萄和百香果的微酸滋味,輕輕釋放在口中,搭配原味焦糖奶油夾心餅乾,扎實卻細緻的餅乾體,以及甜蜜但不過份膩口的奶油焦糖內餡,巧妙的達成平衡,好美妙的品飲搭配 !

若想感受味蕾加乘疊加的咖啡 × 甜點體驗,官方推薦:「台北‧獨家盛情精品配方(中焙)」與原味或白巧克力口味相搭,焦糖與咖啡充分融合一體;若是喜歡中深焙口味的朋友,也一定要試試「羅馬‧獨家風華精品配方(中深焙)」與草莓或黑巧克力一起搭配享用,會把奶油香氣提升至另一層次,原來咖啡也可以有如此細膩的品飲饗宴阿!

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接著,再回沖續泡的「城市系列-巴黎」風味又變了,喝起來有強烈的黑巧克力香氣,和果香與果酸味調和在一起,就像海明威所描述那樣,這真的是巴黎,好感人! 好不容易回神了,咖啡怎麼會有這麼豐富的香氣和多變的氣味呢? 完全打破對咖啡的定義了。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

中秋節來泡一壺咖啡搭配原味焦糖奶油夾心餅乾,坐下來與家人朋友們共飲賞月,光想到那畫面就太美太享受了。而且還發現它另一強大的存在,喝完後放在書架上,看起來就像一本書啊! 非常適合拿來當作陳列品繼續神遊在那些城市的尋味之旅。

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如果你收藏了兩盒那更是厲害了,放在素雅的辦公鐵書櫃架上,它還能反射發光呢,映照著那一年中秋節滿滿美好的回憶。

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