10月7日,从诺贝尔奖官方网站看到2014年的诺贝尔物理学奖授予蓝光发光二极管的发明者[1],笔者联想到2015年是国际光之年(International Year of Light,笔者翻译)[2]。这是联合国的庆祝活动,宣传光和光的应用。今年6月份在新加坡举办的第8届华人物理学大会(OCPA8)上,国际理论物理中心的Niemela教授代表联合国教科文组织会介绍了国际光之年。
10月8日宣布2014年诺贝尔化学奖授予超分辨荧光显微镜的发展者[1]。这又是关于光。是不是国际光之年影响了诺贝尔奖委员会的决定?我们可以猜测,却不得而知。但不管如何,这两项诺贝尔奖丰富了即将开始的国际光之年内容。
国际光之年的庆祝活动包括以下成就的“大生日”[2]:1015年海十木(Al-Haytham)的光学工作、1915年菲涅耳(Fresnel)关于光波的工作、1865年麦克斯韦(Maxwell)的光的电磁理论、1915年爱因斯坦(Einstein)涉及光在引力场中行为的广义相对论、1965年彭齐亚斯(Penzias)和威尔逊(Wilson)宇宙微波背景辐射的发现、1965年高锟在光纤通讯上的成就。
考虑到今年的诺贝尔物理学奖[3]和化学奖[4],这个“大生日”清单可以加上1995年赤崎勇(Akasaki)和天野浩(Amano)以及中村修二(Nakamura)的蓝光发光二极管的发明(他们的关键论文都是1995年投稿[5,6]),1994-1995年黑尔(Hell)在受激发射损耗显微镜(STED)以及类似技术上的理论突破[7,8]、1995年白兹格(Betzig)关于超分辨荧光成像的关键思想[9]。
其实这个“大生日”清单更应该包括1905年爱因斯坦的光量子假说以及指出光速与参考系无关的狭义相对论。前者是早期量子论的关键论文。
2014年诺贝尔物理学奖和化学奖都可以看成对早期量子论的很合适的纪念。一方面,量子论是前者的直接理论基础。另一方面,还有有趣的巧合。10月7日,即诺贝尔物理学奖宣布之日,是尼尔斯?玻尔的生日。笔者还要提请注意,10月7日也正是量子论的诞生之日。下面结合2014年诺贝尔物理学和化学奖,顺便简略梳理一下这段光辉历史[10,11],澄清一些广泛流传的误解。
1900年10月7日,为了结合高频率和低频率的实验数据,普朗克写下他著名的黑体辐射能量密度公式[10]。这是量子论的最开端。其后几个月,普朗克给出了这个公式的理论推导,从而发现了量子论。他提出,发出电磁辐射的振子的能量必须是某个基本单位的整数倍,这个基本单位是频率乘以一个常数,即后来所谓的普朗克常数。