Гіпотеза Планка: початок квантового світу

У цій статті розповідається, що таке гіпотеза Планка, хто її творець і наскільки важливою вона стала для розвитку сучасної науки. Також показано значення ідеї квантування для всього мікросвіту.

Смартфон і квантова фізика

Сучасний навколишній світ сильно відрізняється за технологіями від усього, що було звично ще сотню років тому. Все це стало можливим тільки завдяки тому, що на зорі двадцятого століття вчені подолали бар'єр і зрозуміли, нарешті: речовина в самому маленькому масштабі не безперервно. А відкрив цю еру своїм припущенням чудова людина – Макс Планк.

Біографія Планка

Його іменем названі: одна з фізичних констант, квантове рівняння, наукове співтовариство в Німеччині, астероїд, кратер на Місяці, космічний телескоп. Його зображення було вибито на монетах і надруковано на марках і купюрах. Яким же людиною був Макс Планк? Він народився в середині дев'ятнадцятого століття в німецькій небагатій дворянській сім'ї. Серед його предків було чимало хороших юристів і служителів церкви. Освіта М. Планк отримав гарне, але колеги-фізики жартома називали його «самоучкою». Основні знання вчений отримав з книг.

Гіпотеза Планка народилася з припущення, яке він вивів теоретично. У своїй науковій кар'єрі він дотримувався принципу «наука найважливіше». У першу світову війну Планк намагався зберегти зв'язки із зарубіжними колегами з країн-супротивників Німеччини. Прихід нацистів застала його на посаді директора великого наукового співтовариства – і вчений прагнув захистити своїх співробітників, допомагав виїхати за кордон тим, хто втік від режиму. Так що гіпотеза Планка була не єдиним, за що його поважали. Однак він ніколи відкрито не висловлювався проти Гітлера, очевидно розуміючи, що не тільки принесе шкоду собі, але і не зможе допомагати тим, хто потребував цього. На жаль, багато фізики не прийняли такої позиції М. Планка і припинили листування з ним. У нього було п'ятеро дітей, і тільки наймолодший пережив батька. Старшого сина забрала Перша, середнього – Друга світова війна. Обидві дочки не пережили пологів. При цьому сучасники відзначали, що лише вдома Планк був самим собою.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

Джерела квантів

Зі школи вчений цікавився другим початком термодинаміки. Воно говорить: будь-який процес йде тільки із збільшенням хаосу і втратою енергії чи маси. Він був першим, хто сформулював його саме так – в термінах ентропії, яка може тільки зростати у термодинамічній системі. Пізніше саме ця робота призвела до того, що була сформульована знаменита гіпотеза Планка. Також він був одним з тих, хто започаткував традицію розділяти математику і фізику, практично створивши теоретичний розділ останньої. До нього всі природничі науки були змішані, а експерименти проводилися одинаками в лабораторіях, які майже не відрізнялися від алхімічних.

Гіпотеза про квантах

Досліджуючи ентропію електромагнітних хвиль у рамках термінів осциляторів і спираючись на експериментальні дані, отримані за два дні до того, 19 жовтня 1900 Планк представив іншим вченим формулу, яку згодом назвуть його іменем. Вона пов'язувала між собою енергію, довжину хвилі і температуру випромінювання (в граничному випадку для абсолютно чорного тіла). Всю наступну ніч його колеги під керівництвом Рубенса ставили експерименти, щоб підтвердити цю теорію. І вона виявилася вірною! Однак, щоб теоретично обґрунтувати випливає з цієї формули гіпотезу і при цьому уникнути математичних труднощів типу нескінченностей, Планку довелося визнати, що енергія випромінюється не безперервним потоком, як вважалося раніше, а окремими порціями (Е=hν). Такий підхід руйнував всі існуючі уявлення про твердому тілі. Квантова гіпотеза Планка зробила революцію у фізиці.

Наслідки квантування

Спочатку вчений не усвідомлював важливість зробленого ним відкриття. Якийсь час виведена ним формула вживалася лише як зручний спосіб скоротити кількість математичних операцій для обчислення. При цьому як Планк, так і інші вчені, використовували безперервні рівняння Максвелла. Бентежила лише постійна h, якої ніяк не вдавалося надати фізичний зміст. Пізніше тільки Альберт Ейнштейн і Пауль Еренфест, розбираючись в нові явища радіоактивності і намагаючись знайти математичне обґрунтування оптичних спектрах, зрозуміли всю важливість того, що таке гіпотеза Планка. Кажуть, що доповідь, на якому вперше прозвучала формула квантування енергії, відкрив еру нової фізики. Ймовірно, Ейнштейн був першим, хто усвідомив її початок. Так що це і його заслуга також.

квантується

Всі стани, які можуть приймати будь-які елементарні частинки, дискретними. Електрон в пастці може перебувати тільки на певних рівнях. Збудження атома, як і протилежний процес – емісія, теж відбувається стрибками. Будь електромагнітні взаємодії – це обмін квантами відповідної енергії. Енергію атома людство приборкало тільки завдяки розумінню дискретності енергетичних рівнів. Сподіваємося, тепер у читачів не виникнепитання, в чому полягає гіпотеза Планка, і яке її вплив на сучасний світ, а отже, кожного з людей.