1800-luvun lopulla - 1900-luvun alkupuolella leimasi uusien tieteellisten käsitteiden synty, jotka muuttivat radikaalisti tavanomaista maailmankuvaa. Vuonna 1887 amerikkalaiset fyysikot Edward Morley ja Albert Michelson halusivat kokeellisesti vahvistaa perinteisen ajatuksen, että valo (eli sähkömagneettiset värähtelyt) leviää erityisessä aineessa - eetterissä, samoin kuin ääniaallot kulkevat avaruuden läpi ilman läpi.
Edes olettamatta, että heidän kokemuksensa osoittaisi täysin päinvastaista tulosta, tutkijat suuntasivat valonsäteen läpikuultavaan levyyn, joka oli sijoitettu 45 ° kulmassa valonlähteeseen. Palkki harhautui, kulkee osittain levyn läpi ja heijastuu osittain siitä suorassa kulmassa lähteeseen nähden. Eteneessä samalla taajuudella molemmat palkit heijastuivat kohtisuoraista peileistä ja palasivat levyyn. Yksi heijastui siitä, toinen kulki läpi, ja kun yksi palkki oli päällekkäin toisella, näytölle ilmestyi häiriöreunoja. Jos valo liikkui jossain aineessa, niin sanotun eteerisen tuulen olisi siirrettävä häiriökuviota, mutta mikään ei ole muuttunut kuuden kuukauden havaintojen aikana. Joten Michelson ja Morley tajusivat, että eetteriä ei ole olemassa ja valo voi levitä jopa tyhjiössä - ehdoton tyhjyys. Tämä horjutti klassisen newtonilaisen mekaniikan perusasemaa absoluuttisen tilan olemassaolon suhteen - perusviitekehyksen, johon eetteri on levossa.
Toinen "kivi" klassisen fysiikan suuntaan oli skotlantilaisen tutkijan James Maxwellin yhtälöt, jotka osoittivat, että valo liikkuu rajoitetulla nopeudella, joka ei riipu "lähde-tarkkailija" -järjestelmästä. Nämä löytöt toimivat vauhtona kahden täysin innovatiivisen teorian muodostumiselle: kvantti ja suhteellisuusteoria.
Saksalainen fyysikko Max Planck (1858-1947) alkoi vuonna 1896 tutkia lämpöäteitä - etenkin niiden riippuvuutta säteilevän esineen rakenteesta ja väristä. Planckin kiinnostus tähän aiheeseen heräsi hänen maanmiehensä Gustav Kirchhoffin ajatuskokeilun yhteydessä, joka toteutettiin vuonna 1859. Kirchhoff loi mallin ehdottomasti mustasta ruumisesta, joka on ihanteellinen läpinäkymätön säiliö, joka imee kaikki siihen kuuluvat säteet eikä päästä niitä ulos, “pakottaen”. »Poistu toistuvasti seiniltä ja menettää energiaa. Mutta jos tätä kehoa kuumennetaan, se alkaa emittoida säteilyä, ja mitä korkeampi lämmityslämpötila on, sitä lyhyemmät ovat säteilyaallonpituudet, mikä tarkoittaa, että säteet siirtyvät näkymättömästä spektristä näkyvään. Keho muuttuu ensin punaiseksi ja sitten valkoiseksi, koska sen säteily yhdistää koko spektrin. Päästetty ja absorboitunut säteily tulee tasapainoon, ts. Niiden parametrit muuttuvat samoiksi ja riippumattomiksi aineesta, josta kehon on tehty - energia absorboituu ja vapautuu yhtä suurena määränä. Ainoa tekijä, joka voi vaikuttaa säteilyn spektriin, on kehon lämpötila.
Saatuaan tietää Kirchhoffin havainnoista, monet tutkijat ryhtyivät mittaamaan mustan ruumiin lämpötilaa ja säteilyä vastaavien säteilyjen aallonpituuksia. Tietenkin he tekivät sen käyttämällä klassisen fysiikan menetelmiä - ja … he tulivat umpikujaan saaden täysin merkityksettömiä tuloksia. Kun kehon lämpötila nousee ja vastaavasti pienenee säteilyn aallonpituus ultraviolettispektriin, aallon värähtelyjen voimakkuus (energian tiheys) nousi äärettömyyteen. Samaan aikaan kokeet osoittivat päinvastaista. Itse asiassa paistaako hehkulamppu kirkkaammin kuin röntgenputki? Ja onko mahdollista lämmittää musta kuutio niin, että se muuttuu radioaktiiviseksi?
Tämän paradoksin, ultravioletti katastrofin, poistamiseksi Planck löysi vuonna 1900 alkuperäisen selityksen mustan ruumiin säteilyenergian käyttäytymiselle. Tutkija ehdotti, että värähtelevät atomit vapauttavat energiaa tiukasti annostelluissa osissa - kvantteina. Mitä lyhyempi aalto ja mitä korkeampi värähtelytaajuus, sitä suurempi on kvantti ja päinvastoin. Kvanttien kuvaamiseksi Planck laski kaavan, jonka mukaan energian määrä voidaan määrittää aallon taajuuden ja toimintamäärän (vakio yhtä suuri kuin 6,62 x 10-34 J / s) tuloksella.
Joulukuussa tiedemies esitteli teoriansa Saksan fyysisen yhdistyksen jäsenille, ja tämä tapahtuma merkitsi kvanttifysiikan ja mekaniikan alkua. Koska todellisten kokeiden varmentaminen puuttui, Planckin löytö herätti kiinnostusta kaukana heti. Ja tiedemies itse aluksi esitti kvantteja ei aineellisina hiukkasina, vaan matemaattisena abstraktiona. Vain viisi vuotta myöhemmin, kun Einstein löysi perusteen fotoelektriselle vaikutukselle (elektronien koputtaminen valon vaikutuksen alaisesta aineesta) ja selitti tätä ilmiötä emittoidun energian "annostuksella", Planckin kaava löysi sovellutuksensa. Sitten kaikille kävi selväksi, että nämä eivät olleet tyhjiä keinotteluita, vaan kuvaus todellisesta ilmiöstä mikrotasolla.
Muuten, suhteellisuusteorian kirjoittaja itse arvosti korkeasti kollegansa työtä. Einsteinin mukaan Planckin ansio on todistaa, että aineen lisäksi muodostuu hiukkasista, mutta myös energiasta. Lisäksi Planck löysi toimintakvanssin - jatkuvan, joka yhdisti säteilyn taajuuden energiansa suuruuteen, ja tämä löytö käänsi fysiikan ylösalaisin, aloittaen kehityksen toiseen suuntaan. Einstein ennusti, että Planckin teorian ansiosta olisi mahdollista luoda malli atomista ja ymmärtää kuinka energia käyttäytyy atomien ja molekyylien rapistuessa. Suuren fyysikon mukaan Planck tuhosi Newtonin mekaniikan perusteet ja näytti uuden tavan ymmärtää maailmanjärjestystä.
Mainosvideo:
Nyt Planckin vakioita käytetään kaikissa kvantimekaniikan yhtälöissä ja kaavoissa jakamalla makrokosmi, joka elää Newtonin lakien mukaan, ja mikrokosmossa, missä kvanttilakit toimivat. Tämä kerroin määrittää esimerkiksi asteikon, jolla Heisenbergin epävarmuusperiaate toimii - toisin sanoen kyvyttömyys ennustaa alkuainehiukkasten ominaisuuksia ja käyttäytymistä. Itse asiassa kvantimaailmassa kaikilla esineillä on kaksoisluonne, ne esiintyvät kahdessa paikassa samanaikaisesti ja ilmentyvät hiukkasina yhdessä pisteessä ja aaltoina toisessa jne.
Niinpä löydettyään kvantteja, Max Planck perusti kvantfysiikan, joka kykenee selittämään ilmiöitä atomi- ja molekyylitasolla, mikä on klassisen fysiikan voimien ulkopuolella. Hänen teoriastaan tuli perusta tämän tiedekentän edelleen kehittämiselle.