Sent 1800 - begyndelsen af det 20. århundrede blev præget af fødslen af nye videnskabelige koncepter, der radikalt ændrede det sædvanlige verdensbillede. I 1887 ønskede de amerikanske fysikere Edward Morley og Albert Michelson eksperimentelt at bekræfte de traditionelle ideer, som lys (dvs. elektromagnetiske svingninger) udbreder i et specielt stof - ether, ligesom lydbølger bevæger sig gennem rummet gennem luften.
Uden at engang antage, at deres oplevelse ville vise det helt modsatte resultat, dirigerede forskerne en lysstråle mod en gennemskinnelig plade placeret i en vinkel på 45 ° til lyskilden. Strålen er toforbundet, dels passerer gennem pladen og delvis reflekteres fra den i vinkelret mod kilden. Forplantning med samme frekvens blev begge bjælker reflekteret fra de vinkelrette spejle og vendte tilbage til pladen. Den ene reflekteres fra den, den anden passerede igennem, og da den ene stråle blev lagt over en anden, optrådte interferensfronter på skærmen. Hvis lyset bevægede sig i et stof, ville den såkaldte æteriske vind skulle ændre interferensmønsteret, men intet har ændret sig i løbet af seks måneders observationer. Så Michelson og Morley indså, at ether ikke findes, og lys kan sprede sig selv i et vakuum - absolut tomhed. Dette diskrediterede den klassiske Newtonske mekanikers grundlæggende position om eksistensen af et absolut rum - den grundlæggende referenceramme, som etheren ligger i hvile.
En anden "sten" i retning af klassisk fysik var ligningerne af den skotske videnskabsmand James Maxwell, som viste, at lys bevæger sig med en begrænset hastighed, som ikke afhænger af "kildobservatør" -systemet. Disse opdagelser tjente som drivkraft for dannelsen af to helt innovative teorier: kvante og relativitetsteorien.
I 1896 begyndte den tyske fysiker Max Planck (1858-1947) at studere varmestråler - især deres afhængighed af strukturen og farven på det udsendende objekt. Plancks interesse for dette emne opstod i forbindelse med tankeeksperimentet fra hans landsmand Gustav Kirchhoff, der blev udført i 1859. Kirchhoff skabte en model af en absolut sort krop, som er en ideel uigennemsigtig beholder, der absorberer alle stråler, der falder på det og ikke lader dem ud, “tvinger »Gentag gentagne gange fra væggene og mister energi. Men hvis dette legeme opvarmes, vil det begynde at udsende stråling, og jo højere opvarmningstemperaturen er, jo kortere er strålingsbølgelængderne, hvilket betyder, at strålene vil passere fra det usynlige spektrum til det synlige. Kroppen bliver først rød og derefter hvid, fordi dens stråling kombinerer hele spektret. Den udsendte og absorberede stråling vil komme i balance, det vil sige, deres parametre bliver de samme og uafhængige af det stof, som kroppen er fremstillet i - energi absorberes og frigøres i lige store mængder. Den eneste faktor, der kan påvirke strålingsspektret, er kropstemperatur.
Efter at have lært om Kirchhoffs fund, forsøgte mange forskere at måle temperaturen på en sort krop og de tilsvarende bølgelængder af de udsendte stråler. Selvfølgelig gjorde de det ved hjælp af metoderne fra klassisk fysik - og … de kom til en blindgyde og fik helt meningsløse resultater. Med en stigning i kropstemperatur og følgelig et fald i bølgelængden af stråling til det ultraviolette spektrum steg intensiteten af bølgesvingninger (energitetthed) til uendelig. I mellemtiden viste eksperimenter det modsatte. Faktisk lyser en glødelampe lysere end et røntgenrør? Og er det muligt at varme en sort terning, så den bliver radioaktiv?
For at eliminere dette paradoks, kaldet den ultraviolette katastrofe, fandt Planck i 1900 en original forklaring på, hvordan strålingsenergien i en sort krop opfører sig. Videnskabsmanden foreslog, at atomerne, vibrerende, frigiver energi i strengt doserede dele - kvanta, og jo kortere bølgen er, og jo højere vibrationsfrekvensen er, jo større er kvanten og vice versa. For at beskrive kvantumet afledte Planck en formel, i henhold til hvilken mængden af energi kan bestemmes af produktet fra bølgefrekvensen og handlingskvantumet (konstant lig med 6,62 × 10-34 J / s).
I december præsenterede videnskabsmanden sin teori for medlemmer af det tyske fysiske samfund, og denne begivenhed markerede begyndelsen på kvantefysik og mekanik. På grund af den manglende bekræftelse ved reelle eksperimenter vækkede Plancks opdagelse imidlertid langt fra umiddelbart. Og videnskabsmanden selv præsenterede først kvanta ikke som materielle partikler, men som en matematisk abstraktion. Først fem år senere, da Einstein fandt en begrundelse for den fotoelektriske virkning (slå ud elektroner fra et stof under lysets virkning) og forklarede dette fænomen ved "dosering" af den udsendte energi, fandt Plancks formel dens anvendelse. Derefter blev det klart for alle, at dette ikke var tomme spekulationer, men en beskrivelse af et reelt fænomen på mikroniveau.
Forresten, forfatteren af relativitetsteorien selv satte stor pris på hans kollegas arbejde. Ifølge Einstein ligger Plancks fortjeneste i at bevise, at ikke kun stof består af partikler, men også energi. Desuden fandt Planck et handlingskvantum - en konstant, der forbinder strålingens frekvens med størrelsen af dens energi, og denne opdagelse vendte fysikken på hovedet og startede dens udvikling i en anden retning. Einstein forudsagde, at det ville være takket være Plancks teori, at det ville være muligt at skabe en model af atomet og forstå, hvordan energi opfører sig, når atomer og molekyler forfalder. Ifølge den store fysiker ødelagde Planck fundamentet for den newtonske mekanik og viste en ny måde at forstå verdensordenen på.
Salgsfremmende video:
Nu bruges Plancks konstant i alle ligninger og formler for kvantemekanik, der deler makrokosmos, lever efter Newtons love og mikrokosmos, hvor kvantelov fungerer. For eksempel bestemmer denne koefficient den skala, hvormed Heisenberg-usikkerhedsprincippet fungerer - det vil sige manglende evne til at forudsige egenskaber og opførsel af elementære partikler. Faktisk i kvanteverdenen har alle objekter en dobbelt karakter, der opstår to steder på samme tid, og manifesterer sig som en partikel på et tidspunkt og som en bølge på et andet osv.
Efter at have opdaget kvanta grundlagde Max Planck kvantefysik, der var i stand til at forklare fænomener på atom- og molekylniveauer, hvilket er uden for kraften i klassisk fysik. Hans teori blev grundlaget for den videre udvikling af dette videnskabelige felt.