Secolul XIX - începutul secolului XX au fost marcate de nașterea de noi concepte științifice care au schimbat radical imaginea obișnuită a lumii. În 1887, fizicienii americani Edward Morley și Albert Michelson au dorit să confirme experimental ideea tradițională potrivit căreia lumina (adică oscilațiile electromagnetice) se propagă într-o substanță specială - eter, la fel cum undele sonore călătoresc prin spațiu prin aer.
Fără să presupună măcar că experiența lor ar arăta rezultatul complet opus, oamenii de știință au îndreptat un fascicul de lumină spre o placă translucidă situată la un unghi de 45 ° față de sursa de lumină. Grinda bifurcată, care trece parțial prin placă și parțial se reflectă din ea în unghi drept cu sursa. Propagând cu aceeași frecvență, ambele grinzi au fost reflectate din oglinzile perpendiculare și revenite pe placă. Unul s-a reflectat de la el, celălalt a trecut și, când un fascicul a fost suprapus altuia, pe ecran au apărut franjuri de interferență. Dacă lumina s-ar muta într-o anumită substanță, așa-numitul vânt eteric ar trebui să schimbe modelul de interferență, dar nimic nu s-a schimbat în șase luni de observații. Așa că Michelson și Morley și-au dat seama că eterul nu există, iar lumina se poate răspândi chiar și într-un vid - golire absolută. Aceasta a discreditat poziția de bază a mecanicii newtoniene clasice cu privire la existența spațiului absolut - cadrul fundamental de referință, în raport cu care eterul este în repaus.
O altă „piatră” în direcția fizicii clasice a fost ecuațiile savantului scoțian James Maxwell, care a arătat că lumina se mișcă cu o viteză limitată, care nu depinde de sistemul „sursă-observator”. Aceste descoperiri au servit ca impuls pentru formarea a două teorii complet inovatoare: cuantica și teoria relativității.
În 1896, fizicianul german Max Planck (1858-1947) a început să studieze razele de căldură - în special, dependența lor de textura și culoarea obiectului emitent. Interesul lui Planck pentru acest subiect a apărut în legătură cu experimentul gânditor al compatriotului său Gustav Kirchhoff, realizat în 1859. Kirchhoff a creat un model al unui corp absolut negru, care este un recipient ideal opac, care absoarbe toate razele care cad pe el și nu le lasă să iasă, „forțând »Săriți în mod repetat de pe pereți și pierdeți energie. Dar dacă acest corp este încălzit, acesta va începe să emită radiații, și cu cât temperatura de încălzire este mai mare, cu atât lungimile de undă ale razelor sunt mai scurte, ceea ce înseamnă că razele vor trece de la spectrul invizibil la cel vizibil. Corpul va începe mai întâi roșu și apoi alb, deoarece radiația lui va combina întregul spectru. Radiația emisă și absorbită va ajunge la echilibru, adică parametrii lor vor deveni aceiași și independenți de substanța din care este făcut corpul - energia va fi absorbită și eliberată în cantități egale. Singurul factor care poate afecta spectrul radiațiilor este temperatura corpului.
După ce au aflat despre descoperirile lui Kirchhoff, mulți oameni de știință și-au propus să măsoare temperatura unui corp negru și lungimile de undă corespunzătoare ale razelor emise. Desigur, au făcut-o folosind metodele fizicii clasice - și … au ajuns la un punct mort, obținând rezultate complet lipsite de sens. Odată cu o creștere a temperaturii corpului și, în consecință, cu o scădere a lungimii de undă a radiațiilor către spectrul ultraviolet, intensitatea oscilațiilor undelor (densitatea de energie) a crescut până la infinit. Între timp, experimentele au arătat contrariul. Într-adevăr, o lampă incandescentă strălucește mai bine decât un tub cu raze X? Și este posibil să încălziți un cub negru, astfel încât să devină radioactiv?
Pentru a elimina acest paradox, numit catastrofă ultravioletă, Planck a găsit în 1900 o explicație originală pentru modul în care se comportă energia de radiație a unui corp negru. Oamenii de știință au sugerat că atomii, care vibrează, eliberează energie în porțiuni dozate strict - quanta, și cu cât unda este mai scurtă și cu cât frecvența de vibrație este mai mare, cuantul este mai mare și invers. Pentru a descrie cantitatea, Planck a derivat o formulă conform căreia cantitatea de energie poate fi determinată de produsul cu frecvența undei și cuantumul de acțiune (constantă egală cu 6,62 × 10-34 J / s).
În decembrie, savantul și-a prezentat teoria membrilor Societății Fizice Germane, iar acest eveniment a marcat începutul fizicii cuantice și al mecanicii. Cu toate acestea, din cauza lipsei de confirmare prin experimente reale, descoperirea lui Planck a trezit interes departe de imediat. Și omul de știință la început a prezentat quanta nu ca particule materiale, ci ca o abstractizare matematică. Abia cinci ani mai târziu, când Einstein a găsit o justificare pentru efectul fotoelectric (eliminarea electronilor dintr-o substanță sub influența luminii), explicând acest fenomen prin „dozarea” energiei radiate, formula lui Planck și-a găsit aplicarea. Apoi, a devenit clar pentru toată lumea că acestea nu sunt speculații goale, ci o descriere a unui fenomen real la nivel micro.
Apropo, autorul teoriei relativității a apreciat foarte mult activitatea colegului său. Potrivit lui Einstein, meritul lui Planck constă în dovedirea faptului că materia nu este alcătuită doar din particule, ci și din energie. Mai mult, Planck a găsit o cantitate de acțiune - o constantă care leagă frecvența radiațiilor cu magnitudinea energiei sale, iar această descoperire a întors fizica cu capul în jos, începând dezvoltarea acesteia într-o direcție diferită. Einstein a prezis că va fi datorită teoriei lui Planck că ar fi posibil să creăm un model al atomului și să înțelegem cum se comportă energia atunci când atomii și moleculele se descompun. Potrivit marelui fizician, Planck a distrus bazele mecanicii newtoniene și a arătat un nou mod de a înțelege ordinea mondială.
Video promotional:
Acum constanta lui Planck este folosită în toate ecuațiile și formulele mecanicii cuantice, care separă macrocosmosul, trăind în conformitate cu legile lui Newton și microcosmosul, unde funcționează legile cuantice. De exemplu, acest coeficient determină scara la care funcționează principiul incertitudinii Heisenberg - adică incapacitatea de a prezice proprietățile și comportamentul particulelor elementare. Într-adevăr, în lumea cuantică, toate obiectele au o dublă natură, care apar în două locuri în același timp, manifestându-se ca o particulă la un moment dat și ca o undă la alta etc.
Astfel, după ce a descoperit quanta, Max Planck a fondat fizica cuantică, capabilă să explice fenomenele la nivel atomic și molecular, ceea ce depășește puterea fizicii clasice. Teoria sa a devenit baza dezvoltării ulterioare a acestui domeniu științific.
