Koncom 19. - začiatku 20. storočia boli poznačené zrodením nových vedeckých konceptov, ktoré radikálne zmenili obvyklý obraz sveta. V roku 1887 chceli americkí fyzici Edward Morley a Albert Michelson experimentálne potvrdiť tradičnú myšlienku, že svetlo (t. J. Elektromagnetické oscilácie) sa šíri v špeciálnej látke - éteri, rovnako ako zvukové vlny prechádzajú priestorom vzduchom.
Bez toho, aby sa predpokladalo, že ich skúsenosť ukáže úplne opačný výsledok, vedci nasmerovali svetelný lúč na priesvitnú platňu umiestnenú v uhle 45 ° k svetelnému zdroju. Lúč sa rozdvojil, čiastočne prešiel doskou a čiastočne sa od nej odrazil v pravom uhle k zdroju. Pri šírení s rovnakou frekvenciou sa oba lúče odrazili od kolmých zrkadiel a vrátili sa na platňu. Jeden odrazený od neho, druhý prešiel a keď jeden lúč prekrýval druhý, na obrazovke sa objavili interferenčné prúžky. Keby sa svetlo pohybovalo nejakou látkou, takzvaný éterický vietor by musel posunúť interferenčný vzorec, ale po šiestich mesiacoch pozorovania sa nič nezmenilo. Takže Michelson a Morley si uvedomili, že éter neexistuje, a svetlo sa môže šíriť aj vo vákuu - absolútna prázdnota. Toto zdiskreditovalo základné postavenie klasickej newtonovskej mechaniky o existencii absolútneho priestoru - základného referenčného rámca, voči ktorému je éter v pokoji.
Ďalším „kameňom“v smere klasickej fyziky boli rovnice škótskeho vedca Jamesa Maxwella, ktorý ukázal, že svetlo sa pohybuje obmedzenou rýchlosťou, ktorá nezávisí od systému „zdroj-pozorovateľ“. Tieto objavy slúžili ako podnet na vytvorenie dvoch úplne inovatívnych teórií: kvantovej a teórie relativity.
V roku 1896 nemecký fyzik Max Planck (1858-1947) začal študovať tepelné lúče - najmä ich závislosť od štruktúry a farby emitujúceho objektu. Planck záujem o túto tému vznikol v súvislosti s myšlienkovým experimentom jeho krajana Gustava Kirchhoffa, ktorý sa uskutočnil v roku 1859. Kirchhoff vytvoril model absolútne čierneho tela, ktoré je ideálnym nepriehľadným kontajnerom, ktorý absorbuje všetky lúče, ktoré naň dopadajú a nevylučuje ich „nútenie“»Opakovane sa odráža od stien a stráca energiu. Ak je však toto telo vyhrievané, začne vyžarovať a čím vyššia je teplota zahrievania, tým kratšie sú vlnové dĺžky lúčov, čo znamená, že lúče prechádzajú z neviditeľného spektra k viditeľnému. Telo najskôr zmení farbu na červenú a potom na bielu, pretože jej žiarenie kombinuje celé spektrum. Vyžarované a absorbované žiarenie sa dostane do rovnováhy, to znamená, že jeho parametre budú rovnaké a nezávislé na látke, z ktorej je telo vyrobené - energia bude absorbovaná a uvoľnená v rovnakom množstve. Jediným faktorom, ktorý môže ovplyvniť spektrum žiarenia, je telesná teplota.
Po zistení Kirchhoffových zistení sa mnohí vedci rozhodli merať teplotu čierneho tela a zodpovedajúce vlnové dĺžky emitovaných lúčov. Samozrejme to robili pomocou metód klasickej fyziky - a … dospeli k slepej uličke a dosiahli úplne bezvýznamné výsledky. So zvyšovaním telesnej teploty a v dôsledku toho so znižovaním vlnovej dĺžky žiarenia do ultrafialového spektra sa intenzita vlnových kmitov (hustota energie) zvýšila na nekonečno. Medzitým experimenty ukázali opak. Svieti žiarovka jasnejšie ako röntgenová trubica? A je možné zahriať čiernu kocku tak, aby sa stala rádioaktívnou?
Aby sa odstránil tento paradox, nazývaný ultrafialová katastrofa, Planck v roku 1900 našiel originálne vysvetlenie toho, ako sa chová energia žiarenia čierneho tela. Vedec navrhol, že atómy, vibrácie, uvoľňujú energiu v prísne dávkovaných častiach - kvante a čím kratšia vlna a čím vyššia je frekvencia vibrácií, tým väčšie je kvantové množstvo a naopak. Na opísanie kvantovej hodnoty odvodil Planck vzorec, podľa ktorého množstvo energie možno určiť súčinom frekvencie vlny a kvantovej akcie (konštanta rovná 6,62 × 10 - 34 J / s).
V decembri vedec predstavil svoju teóriu členom nemeckej fyzickej spoločnosti a táto udalosť znamenala začiatok kvantovej fyziky a mechaniky. Avšak kvôli nedostatku potvrdenia skutočnými experimentmi Planck objav objavil vzbudenie záujmu zďaleka okamžite. A samotný vedec najprv nepredstavoval kvantu ako materiálne častice, ale ako matematickú abstrakciu. Až o päť rokov neskôr, keď Einstein našiel opodstatnenie pre fotoelektrický efekt (vyraďovanie elektrónov z látky pod vplyvom svetla), ktorý vysvetlil tento jav „dávkou“emitovanej energie, Planckova formulácia našla svoje uplatnenie. Potom sa všetkým ukázalo, že nejde o prázdne špekulácie, ale o popis skutočného fenoménu na mikroúrovni.
Mimochodom, autor teórie relativity sám vysoko ocenil prácu svojho kolegu. Podľa Einsteina spočíva Planckova výhoda v tom, že dokazuje, že hmota pozostáva nielen z častíc, ale aj z energie. Okrem toho Planck našiel kvantum pôsobenia - konštantné spojenie frekvencie žiarenia s veľkosťou jeho energie a tento objav obrátil fyziku hore nohami, čím začal svoj vývoj iným smerom. Einstein predpovedal, že vďaka Planckovej teórii bude možné vytvoriť model atómu a pochopiť, ako sa správa energia, keď sa atómy a molekuly rozkladajú. Podľa veľkého fyzika Planck zničil základy newtonovskej mechaniky a ukázal nový spôsob pochopenia svetového poriadku.
Propagačné video:
Planckova konštanta sa teraz používa vo všetkých rovniciach a vzorcoch kvantovej mechaniky, ktorá oddeľuje makrokozmos, žijúci podľa Newtonových zákonov a mikrokozmos, kde kvantové zákony fungujú. Tento koeficient napríklad určuje mierku, v ktorej funguje Heisenbergov princíp neurčitosti - to znamená neschopnosť predpovedať vlastnosti a správanie sa elementárnych častíc. V kvantovom svete skutočne majú všetky objekty dvojakú povahu, ktorá sa objavuje na dvoch miestach súčasne a prejavuje sa ako častica v jednom bode a ako vlna v inom, atď.
Keď Max Planck objavil kvantu, založil kvantovú fyziku, ktorá je schopná vysvetliť javy na atómovej a molekulárnej úrovni, čo je nad rámec moci klasickej fyziky. Jeho teória sa stala základom pre ďalší rozvoj tejto vedeckej oblasti.