個人資料
出生日:1864年1月13日 出生地:東普魯士菲施豪森(現(xiàn)俄羅斯普里莫爾斯克)
維恩逝世:1928年8月30日
逝世地:德國慕尼黑
研究領(lǐng)域:物理學(xué)家
著名成就:黑體輻射
國籍:德國
居住地:德國
研究機(jī)構(gòu):亞琛工業(yè)大學(xué)、維爾茨堡大學(xué)、慕尼黑大學(xué)。
格丁根大學(xué)柏林大學(xué)
導(dǎo)師:赫爾曼·馮·亥姆霍茲
獲獎:諾貝爾物理學(xué)獎(1911年)
簡介
維恩,1864年1月13日出生在東普魯士(現(xiàn)俄羅斯)的菲施豪森,他的父親卡爾·維恩是地主。1879年在拉斯滕堡至1882年在海德堡讀中學(xué)。中學(xué)畢業(yè)后,1882年在格丁根大學(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·亥姆霍茲的實驗室工作,1886年獲得博士學(xué)位,論文題目是光對金屬的衍射,以及不同材料對折射光顏色的影響。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。期間他有一個學(xué)期跟隨亥姆霍茲,1887年完成了金屬對光和熱輻射的導(dǎo)磁性實驗。一直到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。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,同年出版了教科書《流體力學(xué)》。1902年,他曾被邀請接替玻耳茲曼出任萊比錫大學(xué)的物理學(xué)教授,1906年又被邀請接替保羅·德魯?shù)鲁鋈伟亓执髮W(xué)的物理學(xué)教授,但他拒絕了這兩個邀請。1920年底前往慕尼黑,再次接替?zhèn)惽,直?928年逝世。
維恩1864年1月13日出生在東普魯士(現(xiàn)俄羅斯)的菲施豪森(Fischhausen),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)。中學(xué)畢業(yè)后,1882年在格丁根大學(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·亥姆霍茲的實驗室工作,1886年獲得博士學(xué)位,論文題目是光對金屬的衍射,以及不同材料對折射光顏色的影響。
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。期間他有一個學(xué)期跟隨亥姆霍茲,1887年完成了金屬對光和熱輻射的導(dǎo)磁性實驗。 一直到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。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,同年出版了教科書《流體力學(xué)》(Hydrodynamik)。
1902年,他曾被邀請接替玻耳茲曼出任萊比錫大學(xué)的物理學(xué)教授,1906年又被邀請接替保羅·德魯?shù)拢≒aul Drude)出任柏林大學(xué)的物理學(xué)教授,但他拒絕了這兩個邀請。1920年底前往慕尼黑,再次接替?zhèn)惽,直?928年逝世。 1898年與路易絲·梅勒(Luise Mehler)結(jié)婚,有4個孩子。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)。
生平
在國家物理工程研究所,維恩與路德維希·霍爾伯恩一起研究用勒沙特列溫度計測量高溫的方法,同時對熱動力學(xué)進(jìn)行理論研究,尤其是熱輻射的定律。1893年,維恩提出波長隨溫度改變的定律,后來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。
1896年前往亞琛接替菲利普·萊納德后,他在那里建立實驗室研究真空中的靜電放電,1897開始研究陰極射線,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動的帶負(fù)電的粒子(電子)組成。幾乎與約瑟夫·湯姆生在劍橋發(fā)現(xiàn)電子的同時,維恩用與湯姆生不同的方法測量到了這些粒子帶電量和質(zhì)量的關(guān)系,并且得出了與湯姆生相同的結(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·戈爾德施泰因發(fā)現(xiàn)的陽極射線,指出它們的帶正電量與陰極射線的帶負(fù)電量相等,他測量了它們在磁場和電場影響下的偏移,并得出陽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),實現(xiàn)了對多種原子及其同位素質(zhì)量的精確測量,以及對原子核反應(yīng)所釋放能量的計算。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,陽極射線通過與殘余氣體的原子碰撞,會在運動過程中損失并重得它們的帶電量。1918年他再次發(fā)表對陽極射線的研究結(jié)果,他測量了射線在離開陰極后,發(fā)光度的累積減少過程,通過這些實驗,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,對應(yīng)于量子物理學(xué)中的原子處于活躍狀態(tài)的時間有限。
維恩在概率論和邏輯學(xué)方面有所貢獻(xiàn),他在1866年的《機(jī)會邏輯》和1881年的《符號邏輯》等在19世紀(jì)末及20世紀(jì)初曾享有很高的聲譽(yù)。他修正了棣莫弗(De Moivre)的一個經(jīng)典概率論定義,將「在m次試驗中,成功n次,則成功的概率為n/m」,修改為「在m(m為一個大數(shù))次試驗中,成功n次,則成功的概率為當(dāng)m趨向無窮大時n/m的極限值」,但此定義仍然有缺點。聯(lián)系著這個定義,他還研究了著名的「圣彼得堡悖論」(St. Peterburg Paradox)。在邏輯學(xué)方面,維恩曾澄清了布爾在1854年的《思維規(guī)律的研究》中一些含混的概念。但其最主要的成就是系統(tǒng)解釋并發(fā)展了幾何表示的方法。他作出一系列簡單閉曲缐(圓或更復(fù)雜的形式),將平面分為許多間隔,利用這種圖表,維恩闡明瞭演繹推理的基本原理。為了進(jìn)一步明確起見,他還引入了一些數(shù)學(xué)難題作為實例。雖然在維恩之前,萊布尼茨(Leibniz)已系統(tǒng)地運用過這類邏輯圖,但今天這種邏輯圖仍稱作「維恩圖」(Venn Diagram)。
除了數(shù)學(xué)以外,維恩還有一較特別的興趣或技能,那便是制作機(jī)器。他曾制作一部板球磙動機(jī),當(dāng)澳洲板球隊在1909年到訪劍橋時,維恩的板球磙動機(jī)依然運作正常,并使他們其中一位成員打空四次。
家庭
1898年與路易絲·梅勒(Luise Mehler)結(jié)婚,有4個孩子。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)。
所獲榮譽(yù)
1)諾貝爾物理學(xué)獎(1911年)
2)維恩是柏林、格丁根、維也納、斯德哥爾摩、奧斯陸和華盛頓等科學(xué)學(xué)會的會員,法蘭克福物理學(xué)會的榮譽(yù)會員。
3)火星上有一個隕石坑以他的名字命名。
學(xué)術(shù)成果
1896維恩研究了黑體輻射能量按波長的分布問題。他從熱力學(xué)理論出發(fā),在分析了實驗數(shù)據(jù)之后,得到了一個半經(jīng)驗的公式: 即維恩公式。其中,El為在波長l處單位波長間隔的輻射能量;C1和C2是兩個經(jīng)驗參數(shù),通過符合實驗曲線來確定;T為平衡時的溫度。
維恩公式在短波波段與實驗符合得很好,但在長波波段與實驗有明顯的偏離。后來,在進(jìn)一步探索更好的輻射公式的過程中,普朗克建立了與所有的實驗都符合的輻射量子理論。但是,在利用光學(xué)高溫計測量溫度時,人們?nèi)越?jīng)常采用維恩公式,因為它計算簡單且足夠精確。
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,維恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien 1864~1928)獲得了1911年度諾貝爾物理學(xué)獎。
19世紀(jì)末,人們已經(jīng)認(rèn)識到熱輻射和光輻射都是電磁波,并對輻射能量在不同頻率范圍內(nèi)的分布問題,特別是黑體輻射,進(jìn)行了較深入的理論和實驗研究。維恩和拉梅爾發(fā)明了第一個實用黑體——空腔發(fā)射體,為他們的實驗研究提供了所需的“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應(yīng)的波長向短波方向移動。由于輻射通量密度與輻射能量密度之比為c/4,所以在測出對應(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。光測溫度計就是根據(jù)這一原理制成的。