威廉·維恩（德國(guó)物理學(xué)家，研究領(lǐng)域?yàn)闊彷椛渑c電磁學(xué)）

人物生平
個(gè)人生活
學(xué)術(shù)研究
學(xué)術(shù)兼職

威廉·維恩（Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien ，1864年1月13日—1928年8月30日），德國(guó)物理學(xué)家，研究領(lǐng)域?yàn)闊彷椛渑c電磁學(xué)等。1911年，他因?qū)τ跓彷椛涞任锢矸▌t貢獻(xiàn)，而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

火星上有一個(gè)隕石坑以他的名字命名。

人物生平

1864年1月13日，出生在東普魯士（現(xiàn)俄羅斯）的菲施豪森（Fischhausen），德國(guó)物理學(xué)家，研究領(lǐng)域?yàn)闊彷椛渑c電磁學(xué)等。他的父親卡爾·維恩（Carl Wien）是地主。

1879年，在拉斯滕堡（Rastenburg）、1880年至1882年在海德堡讀中學(xué)。

1882年，中學(xué)畢業(yè)后，在哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，同年轉(zhuǎn)去柏林大學(xué)。

1883年至1885年在赫爾曼·馮·亥姆霍茲的實(shí)驗(yàn)室工作，

1886年，獲得博士學(xué)位，論文題目是光對(duì)金屬的衍射，以及不同材料對(duì)折射光顏色的影響。此后，由于維恩的父親生病，維恩不得不回去幫助管理他父親的土地。期間他有一個(gè)學(xué)期跟隨亥姆霍茲。

1887年，完成了金屬對(duì)光和熱輻射的導(dǎo)磁性實(shí)驗(yàn)。

1890年，父親的土地變賣后，維恩回到亥姆霍茲的身邊，作為他的助手在國(guó)家物理工程研究所工作，為工業(yè)課題做研究。

1892年，在柏林大學(xué)獲得大學(xué)任教資格。

1893年，維恩經(jīng)由熱力學(xué)、光譜學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等理論支援，發(fā)現(xiàn)了維恩位移定律，并應(yīng)用于黑體等學(xué)術(shù)理論，揭開(kāi)量子力學(xué)新領(lǐng)域。

1896年，前往亞琛工業(yè)大學(xué)物理學(xué)教授，以接替菲利普·萊納德。

1899年，在吉森大學(xué)任物理學(xué)教授。

1900年，赴維爾茨堡大學(xué)接替?zhèn)惽伲瓿霭媪私炭茣读黧w力學(xué)》（Hydrodynamik）。

1902年，他曾被邀請(qǐng)接替玻耳茲曼出任萊比錫大學(xué)的物理學(xué)教授，但他拒絕了這個(gè)邀請(qǐng)

1906年，被邀請(qǐng)接替保羅·德魯?shù)拢≒aul Drude）出任柏林大學(xué)的物理學(xué)教授，但他拒絕了這個(gè)邀請(qǐng)。

1911年，他因?qū)τ跓彷椛涞任锢矸▌t貢獻(xiàn)，而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1920年底前往慕尼黑，再次接替?zhèn)惽伲钡?928年逝世。

個(gè)人生活

1898年威廉·維恩與路易絲·梅勒（Luise Mehler）結(jié)婚，有4個(gè)孩子。

威廉·維恩的表弟馬克斯·維恩（Max Wien）是高頻電子技術(shù)的先驅(qū)。

學(xué)術(shù)研究

在國(guó)家物理工程研究所，維恩與路德維希·霍爾伯恩（Ludwig Holborn）一起研究用勒沙特列（Le Chatelier）溫度計(jì)測(cè)量高溫的方法，同時(shí)對(duì)熱動(dòng)力學(xué)進(jìn)行理論研究，尤其是熱輻射的定律。

維恩位移定律

1893年，維恩提出波長(zhǎng)隨溫度改變的定律，后來(lái)被稱為維恩位移定律。

1894年他發(fā)表了一篇關(guān)于輻射的溫度和熵的論文，將溫度和熵的概念擴(kuò)展到了真空中的輻射，在這篇論文中，他定義了一種能夠完全吸收所有輻射的理想物體，并稱之為黑體。

維恩輻射定律

1896年他又發(fā)表了維恩公式，即維恩輻射定律，給出了這種確定黑體輻射的關(guān)系式，提供了描述和測(cè)量高溫的新方法。雖然后來(lái)被證明維恩公式僅適用于短波，但維恩的研究使得普朗克能夠用量子物理學(xué)方法解決熱平衡中的輻射問(wèn)題。維恩也因?yàn)檫@一研究成果獲得了1911年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1896年前往亞琛接替菲利普·萊納德后，他在那里建立實(shí)驗(yàn)室研究真空中的靜電放電.

陰極射線

1897年開(kāi)始研究陰極射線，借助帶萊納德窗的高真空管，他確認(rèn)了讓·巴蒂斯特·皮蘭兩年前的發(fā)現(xiàn)，即陰極射線由高速運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的粒子（電子）組成。幾乎與約瑟夫·湯姆孫在劍橋發(fā)現(xiàn)電子的同時(shí)，維恩用與湯姆孫不同的方法測(cè)量到了這些粒子帶電量和質(zhì)量的關(guān)系，并且得出了與湯姆孫相同的結(jié)果，即它們的質(zhì)量只有氫原子的一千分之一。

1898年維恩又研究了歐根·戈?duì)柕率┨┮颍‥ugen Goldstein）發(fā)現(xiàn)的陽(yáng)極射線，指出它們的帶正電量與陰極射線的帶負(fù)電量相等，他測(cè)量了它們?cè)诖艌?chǎng)和電場(chǎng)影響下的偏移，并得出陽(yáng)極射線由帶正電的粒子組成，并且它們不比電子重的結(jié)論。維恩所使用的方法在約20年后形成了質(zhì)譜學(xué)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種原子及其同位素質(zhì)量的精確測(cè)量，以及對(duì)原子核反應(yīng)所釋放能量的計(jì)算。

1900年維恩發(fā)表了一篇關(guān)于力學(xué)的電磁學(xué)基礎(chǔ)的理論論文，此后又繼續(xù)研究陽(yáng)極射線，并在1912年發(fā)現(xiàn)，在并非高真空的環(huán)境下，氣壓不是非常弱時(shí)，陽(yáng)極射線通過(guò)與殘余氣體的原子碰撞，會(huì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中損失并重得它們的帶電量。

1918年他再次發(fā)表對(duì)陽(yáng)極射線的研究結(jié)果，他測(cè)量了射線在離開(kāi)陰極后，發(fā)光度的累積減少過(guò)程，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，他推斷出在經(jīng)典物理學(xué)中所稱的原子發(fā)光度的衰退，對(duì)應(yīng)于量子物理學(xué)中的原子處于活躍狀態(tài)的時(shí)間有限。

維恩的這些研究成果，為從牛頓的經(jīng)典物理學(xué)向量子物理學(xué)過(guò)渡做出了貢獻(xiàn)，正像馬克斯·馮·勞厄（1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）所說(shuō)的，維恩的不朽的榮耀是“他為我們打開(kāi)了通往量子物理學(xué)的大門”（英語(yǔ)：He led us to the very gates of quantum physics）。

維恩公式

維恩因發(fā)現(xiàn)熱輻射規(guī)律——維恩位移定律和建立黑體輻射的維恩公式，獲得了1911年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

19世紀(jì)末，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到熱輻射和光輻射都是電磁波，并對(duì)輻射能量在不同頻率范圍內(nèi)的分布問(wèn)題，特別是黑體輻射，進(jìn)行了較深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。維恩和拉梅爾發(fā)明了第一個(gè)實(shí)用黑體——空腔發(fā)射體，為他們的實(shí)驗(yàn)研究提供了所需的“完全輻射”。維恩在前人研究的基礎(chǔ)上于1893年提出了理想黑體輻射的位移定律：lmaxT=常數(shù)。該定律指出，隨著溫度的升高，與輻射能量密度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。由于輻射通量密度與輻射能量密度之比為c/4，所以在測(cè)出對(duì)應(yīng)輻射通量密度極大值的lmax后，就可以根據(jù)維恩位移定律確定輻射體的溫度。光測(cè)溫度計(jì)就是根據(jù)這一原理制成的。

接著，維恩研究了黑體輻射能量按波長(zhǎng)的分布問(wèn)題。他從熱力學(xué)理論出發(fā)，在分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，得到了一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的公式.即維恩公式。其中，El為在波長(zhǎng)l處單位波長(zhǎng)間隔的輻射能量；C1和C2是兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，通過(guò)符合實(shí)驗(yàn)曲線來(lái)確定；T為平衡時(shí)的溫度。維恩公式在短波波段與實(shí)驗(yàn)符合得很好，但在長(zhǎng)波波段與實(shí)驗(yàn)有明顯的偏離。后來(lái)，在進(jìn)一步探索更好的輻射公式的過(guò)程中，普朗克建立了與所有的實(shí)驗(yàn)都符合的輻射量子理論。但是，在利用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量溫度時(shí)，人們?nèi)越?jīng)常采用維恩公式，因?yàn)樗?jì)算簡(jiǎn)單且足夠精確。　