XIX pabaiga - XX amžiaus pradžia buvo pažymėtos naujų mokslo koncepcijų, radikaliai pakeitusių įprastą pasaulio vaizdą, gimimu. 1887 m. Amerikiečių fizikai Edwardas Morley ir Albertas Michelsonas norėjo eksperimentiškai patvirtinti tradicines idėjas, kad šviesa (tai yra elektromagnetiniai virpesiai) sklinda specialioje medžiagoje - eteryje, lygiai kaip garso bangos keliauja per kosmosą per orą.
Net neįtardami, kad jų patirtis parodys visiškai priešingą rezultatą, mokslininkai nukreipė šviesos pluoštą į permatomą plokštę, esančią 45 ° kampu šviesos šaltinio atžvilgiu. Sijos išsiskyrė, iš dalies eidamos per plokštę ir iš dalies atsispindėdamos iš jos stačiu kampu į šaltinį. Proplikuodami tuo pačiu dažniu, abi sijos atsispindėjo nuo statmenų veidrodžių ir grįžo į plokštę. Vienas atsispindėjo nuo jo, kitas praėjo pro šalį, o kai vienas spindulys buvo uždėtas ant kito, ekrane pasirodė trikdžių briaunos. Jei šviesa judėtų kokioje nors medžiagoje, vadinamasis eterinis vėjas turėtų pakeisti trikdžių schemą, tačiau per šešis stebėjimo mėnesius niekas nepasikeitė. Taigi Michelsonas ir Morley suprato, kad eteris neegzistuoja, o šviesa gali sklisti net vakuume - absoliuti tuštuma. Tai diskreditavo pagrindinę klasikinės Niutono mechanikos poziciją apie absoliučios erdvės egzistavimą - pamatinį atskaitos rėmą, kurio atžvilgiu eteris yra ramybėje.
- „Salik.biz“
Kitas „akmuo“klasikinės fizikos link buvo škotų mokslininko Jameso Maxwello lygtys, kurios parodė, kad šviesa juda ribotu greičiu, kuris nepriklauso nuo „šaltinio-stebėtojo“sistemos. Šie atradimai paskatino formuoti dvi visiškai naujoviškas teorijas: kvantą ir reliatyvumo teoriją.
1896 m. Vokiečių fizikas Maksas Plankas (1858–1947) pradėjo tirti šilumos spindulius - ypač jų priklausomybę nuo skleidžiamo objekto tekstūros ir spalvos. Plancko susidomėjimas šia tema kilo dėl jo tautiečio Gustavo Kirchhoffo minčių eksperimento, atlikto 1859 m.. Kirchhoffas sukūrė absoliučiai juodo kūno modelį, kuris yra idealus nepermatomas indas, sugeriantis visus ant jo krintančius spindulius ir neišleidžiantis jų „išstumti“. »Pakartotinai atšokite nuo sienų ir praraskite energiją. Bet jei šis kūnas bus įkaitintas, jis pradės skleisti radiaciją, o kuo aukštesnė kaitinimo temperatūra, tuo trumpesni bus spindulio bangos ilgiai, tai reiškia, kad spinduliai pereis iš nematomo spektro į matomą. Kūnas pirmiausia pasidarys raudonas, o paskui taps baltas, nes jo radiacija sujungs visą spektrą. Spinduliuota ir absorbuota radiacija pateks į pusiausvyrą, tai yra, jų parametrai taps vienodi ir nepriklausomi nuo medžiagos, iš kurios pagamintas kūnas - energija bus absorbuojama ir išleidžiama vienodais kiekiais. Vienintelis veiksnys, galintis paveikti radiacijos spektrą, yra kūno temperatūra.
Sužinoję apie Kirchhoffo radinius, daugelis mokslininkų pasiryžo išmatuoti juodo kūno temperatūrą ir atitinkamus skleidžiamų spindulių bangos ilgį. Žinoma, jie tai darė naudodamiesi klasikinės fizikos metodais - ir … atsidūrė aklavietėje, gaudami visiškai beprasmius rezultatus. Pakilus kūno temperatūrai ir atitinkamai sumažėjus radiacijos bangos ilgiui iki ultravioletinio spektro, bangų virpesių intensyvumas (energijos tankis) padidėjo iki begalybės. Tuo tarpu eksperimentai parodė priešingai. Iš tiesų, ar kaitrinė lempa šviečia ryškiau nei rentgeno vamzdis? Ir ar įmanoma pašildyti juodą kubą, kad jis taptų radioaktyvus?
Norėdami pašalinti šį paradoksą, vadinamą ultravioletiniu katastrofu, Plankas 1900 m. Rado originalų paaiškinimą, kaip elgiasi juodo kūno radiacijos energija. Mokslininkas pasiūlė, kad atomai, vibruodami, išskiria energiją griežtai dozuotomis dalimis - kvantais, ir kuo trumpesnė banga ir kuo didesnis virpesių dažnis, tuo didesnis kvantas ir atvirkščiai. Kvantui apibūdinti Plankas išvedė formulę, pagal kurią energijos kiekį galima nustatyti pagal bangos dažnio ir veikimo kvotos sandarą (konstanta lygi 6,62 × 10-34 J / s).
Gruodį mokslininkas pristatė savo teoriją Vokietijos fizikų draugijos nariams, o šis įvykis pažymėjo kvantinės fizikos ir mechanikos pradžią. Tačiau dėl to, kad nebuvo patvirtinta realiais eksperimentais, Planko atradimas susidomėjimą sukėlė toli gražu ne iš karto. Ir pats mokslininkas iš pradžių kvantus pateikė ne kaip materialias daleles, o kaip matematinę abstrakciją. Tik po penkerių metų, kai Einšteinas rado fotoelektrinio efekto pateisinimą (elektronų išmušimas iš šviesos veikiamos medžiagos), paaiškindamas šį reiškinį „dozuodamas“spinduliuotės energiją, Plancko formulė rado savo pritaikymą. Tada visiems tapo aišku, kad tai nebuvo tuščios spėlionės, o tikro reiškinio aprašymas mikrolygiu.
Beje, reliatyvumo teorijos autorius pats labai įvertino savo kolegos darbą. Anot Einsteino, Plancko nuopelnas slypi įrodyme, kad ne tik materiją sudaro dalelės, bet ir energija. Be to, Plankas rado veiksmo kvantą - pastovų, susiejantį radiacijos dažnį su savo energijos dydžiu, ir šis atradimas apvertė fiziką aukštyn kojomis, pradėdamas vystymąsi kita linkme. Einšteinas numatė, kad būtent Plancko teorijos dėka bus įmanoma sukurti atomo modelį ir suprasti, kaip energija elgiasi, kai atomai ir molekulės suyra. Anot didžiojo fiziko, Plankas sunaikino Niutono mechanikos pagrindus ir parodė naują būdą suprasti pasaulio tvarką.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Dabar Plancko konstanta naudojama visose kvantinės mechanikos lygtėse ir formulėse, atskiriant makrokosmą, gyvenantį pagal Niutono dėsnius, ir mikrokosmą, kuriame veikia kvantiniai dėsniai. Pavyzdžiui, šis koeficientas nulemia skalę, kurioje veikia Heisenbergo neapibrėžtumo principas - tai yra nesugebėjimas numatyti elementariųjų dalelių savybių ir elgesio. Iš tikrųjų kvantiniame pasaulyje visi objektai turi dvejopą prigimtį, kylantį dviejose vietose tuo pačiu metu, pasireiškiantys kaip dalelė viename taške, o kaip banga kitame ir t.
Taigi, atradęs kvantus, Maksas Plankas įkūrė kvantinę fiziką, gebančią paaiškinti reiškinius atominiame ir molekuliniame lygmenyse, o tai yra už klasikinės fizikos galios. Jo teorija tapo pagrindu toliau plėtoti šią mokslo sritį.