19. sajandi lõpp - 20. sajandi algus tähistas uute teaduslike kontseptsioonide sünd, mis muutis radikaalselt maailma tavapilti. Aastal 1887 soovisid Ameerika füüsikud Edward Morley ja Albert Michelson eksperimentaalselt kinnitada traditsioonilisi ideid, mida valgus (see tähendab elektromagnetilisi võnkumisi) levitab spetsiaalses aines - eetris, just nagu helilained rändavad läbi õhu läbi õhu.
Isegi eeldamata, et nende kogemus näitab täiesti vastupidist tulemust, suunasid teadlased valguskiire poolläbipaistvale plaadile, mis asus valgusallika suhtes 45 ° nurga all. Tala kaheharuline, läbides osaliselt plaadi ja peegeldudes sellest osaliselt allika suhtes täisnurga all. Sama sagedusega edasi liikudes peegeldusid mõlemad talad risti asetsevatest peeglitest ja naasid plaadile. Üks sellest peegeldus, teine läks läbi ja kui üks tala teise peale asetati, ilmusid ekraanile häiringud. Kui valgus liikus mõnes aines, peaks niinimetatud eeterne tuul häiringumustrit nihutama, kuid kuuekuuliste vaatluste ajal pole midagi muutunud. Nii mõistsid Michelson ja Morley, et eetrit pole olemas ja valgus võib levida isegi vaakumis - absoluutses tühjuses. See diskrediteeris klassikalise Newtoni mehaanika põhiseisundit absoluutruumi olemasolu kohta - põhiline tugiraam, mille suhtes eeter puhkab.
Veel üks "kivi" klassikalise füüsika suunas oli Šoti teadlase James Maxwelli võrrandid, mis näitasid, et valgus liigub piiratud kiirusega, mis ei sõltu "allika-vaatleja" süsteemist. Need avastused olid tõukeks kahe täiesti uuendusliku teooria kujunemisele: kvant ja relatiivsusteooria.
1896. aastal asus saksa füüsik Max Planck (1858–1947) uurima kuumakiiri - eriti nende sõltuvust kiirgava objekti tekstuurist ja värvist. Plancki huvi selle teema vastu tekkis seoses tema kaasmaalase Gustav Kirchhoffi mõtteeksperimendiga, mis viidi läbi aastal 1859. Kirchhoff lõi absoluutselt musta keha mudeli, mis on ideaalne läbipaistmatu anum, mis neelab kõik sellele langevad kiired ega lase neid välja, “sundides. »Korduv põrkumine seintelt ja energia kaotamine. Kuid kui seda keha kuumutatakse, hakkab see kiirgust eraldama ja mida kõrgem on kuumutamistemperatuur, seda lühemad on kiirguse lainepikkused, mis tähendab, et kiired liiguvad nähtamatust spektrist nähtavale. Keha muutub kõigepealt punaseks ja seejärel valgeks, sest selle kiirgus ühendab kogu spektri. Paisutatud ja neeldunud kiirgus jõuavad tasakaalu, see tähendab, et nende parameetrid muutuvad samaks ja sõltumatuks ainest, millest keha on tehtud - energia neeldub ja vabaneb võrdsetes kogustes. Ainus tegur, mis võib kiirgusspektrit mõjutada, on kehatemperatuur.
Pärast Kirchhoffi leidude tundmaõppimist asusid paljud teadlased mõõtma musta keha temperatuuri ja kiirgavate kiirte vastavaid lainepikkusi. Muidugi tegid nad seda klassikalise füüsika meetodeid kasutades - ja … nad jõudsid tupikusse, saades täiesti mõttetuid tulemusi. Kehatemperatuuri tõusuga ja vastavalt ultraviolettkiirguse spektri kiirguse lainepikkuse vähenemisega suurenes lainete võnkumiste intensiivsus (energiatihedus) lõpmatuseni. Vahepeal näitasid eksperimendid vastupidist. Kas hõõglamp särab tõepoolest eredamalt kui röntgenitoru? Ja kas on võimalik musta kuupi kuumutada nii, et see muutub radioaktiivseks?
Selle ultraviolettkatastroofiks kutsutud paradoksi kõrvaldamiseks leidis Planck 1900. aastal originaalse seletuse musta keha kiirgusenergia käitumisele. Teadlane pakkus, et vibreerivad aatomid vabastavad energiat rangelt doseeritud osades - kvantides - ja mida lühem on laine ja mida suurem on vibratsiooni sagedus, seda suurem on kvant ja vastupidi. Kvantide kirjeldamiseks tuletas Planck valemi, mille kohaselt saab energiakoguse määrata laine sageduse ja toimekvanti korrutisega (konstant 6,62 × 10-34 J / s).
Detsembris tutvustas teadlane oma teooriat Saksa füüsikaühingu liikmetele ning see sündmus tähistas kvantfüüsika ja mehaanika algust. Tõeliste katsete kinnituse puudumise tõttu äratas Plancki avastus siiski kohe-kohe huvi. Ja teadlane ise esitas kvantid algul mitte materjalide osakestena, vaid matemaatilise abstraktsioonina. Alles viis aastat hiljem, kui Einstein leidis fotoelektrilise efekti põhjenduse (valguse mõjul ainest elektronide välja löömine), selgitades seda nähtust eraldunud energia "annusega", leidis Plancki valem oma rakenduse. Siis sai kõigile selgeks, et need ei ole tühjad spekulatsioonid, vaid mikrotasandi reaalse nähtuse kirjeldus.
Muide, relatiivsusteooria autor ise hindas kõrgelt oma kolleegi tööd. Einsteini sõnul seisneb Plancki teene tõestamises, et mitte ainult aine koosneb osakestest, vaid ka energiast. Veelgi enam, Planck leidis tegevuse kvantiteedi - konstantse sidudes kiirguse sageduse oma energia suurusega ja see avastus pööras füüsika tagurpidi, alustades selle arengut teises suunas. Einstein ennustas, et tänu Plancki teooriale on võimalik luua aatomi mudel ja mõista, kuidas energia käitub, kui aatomid ja molekulid lagunevad. Suure füüsiku sõnul hävitas Planck Newtoni mehaanika alused ja näitas uut viisi maailmakorra mõistmisel.
Reklaamvideo:
Nüüd kasutatakse Plancki konstanti kõigis kvantmehaanika võrrandites ja valemites, eraldades Newtoni seaduste järgi elava makrokosmi ja mikrokosmi, kus toimivad kvantiseadused. Näiteks määrab see koefitsient skaala, milles Heisenbergi määramatuse põhimõte töötab - see tähendab võimetus ennustada elementaarsete osakeste omadusi ja käitumist. Tõepoolest, kvantmaailmas on kõigil objektidel kahetine olemus, need tekivad kahes kohas korraga, avaldudes ühel hetkel osakesena ja teises lainena jne.
Nii avastas Max Planck kvantfüüsika abil kvantfüüsika, mis on võimeline seletama nähtusi aatomi ja molekulaarsel tasandil, mis on väljaspool klassikalise füüsika võimu. Tema teooriast sai selle teadusvaldkonna edasise arengu alus.
