Sent på 1800-talet - början av 1900-talet var präglade av födelsen av nya vetenskapliga begrepp som radikalt förändrade den vanliga bilden av världen. 1887 ville de amerikanska fysikerna Edward Morley och Albert Michelson experimentellt bekräfta den traditionella idén att ljus (det vill säga elektromagnetiska svängningar) sprider sig i ett speciellt ämne - eter, precis som ljudvågor rör sig genom rymden genom luften.
Utan att ens anta att deras erfarenhet skulle visa det helt motsatta resultatet riktade forskarna en ljusstråle mot en genomskinlig platta belägen i en vinkel på 45 ° mot ljuskällan. Strålen har två delar, som delvis passerar genom plattan och delvis reflekteras från den i rät vinkel mot källan. Förökande med samma frekvens reflekterades båda balkarna från de vinkelräta speglarna och återfördes till plattan. Den ena reflekterade från den, den andra passerade igenom, och när en stråle överlagrades på en annan dök interferensfransar på skärmen. Om ljuset rör sig i något ämne, skulle den så kallade etervinden behöva flytta störningsmönstret, men ingenting har förändrats under sex månaders observationer. Så Michelson och Morley insåg att eter inte existerar, och ljus kan spridas även i ett vakuum - absolut tomhet. Detta diskrediterade den grundläggande positionen i klassisk Newtonian mekanik om existensen av absolut rymd - den grundläggande referensramen, i vilken etern ligger i vila.
En annan "sten" i riktning mot klassisk fysik var ekvationerna av den skotska forskaren James Maxwell, som visade att ljus rör sig med en begränsad hastighet, vilket inte beror på "källobservatör" -systemet. Dessa upptäckter tjänade som drivkraft för bildandet av två helt innovativa teorier: kvantitet och relativitetsteori.
År 1896 började den tyska fysikern Max Planck (1858-1947) att studera värmestrålar - särskilt deras beroende av strukturen och färgen på det utsändande objektet. Plancks intresse för detta ämne uppstod i samband med hans landsmann Gustav Kirchhoffs tankeexperiment som genomfördes 1859. Kirchhoff skapade en modell av en absolut svart kropp, som är en idealisk ogenomskinlig behållare som absorberar alla strålar som faller på den och inte släpper ut dem, tvinga »Avvisar upprepade gånger väggarna och tappar energi. Men om denna kropp upphettas, kommer den att börja avge strålning, och ju högre värmetemperaturen är, desto kortare är strålvåglängderna, vilket innebär att strålarna kommer att passera från det osynliga spektrumet till det synliga. Kroppen blir först röd och sedan vit, eftersom dess strålning kombinerar hela spektrumet. Den utsända och absorberade strålningen kommer att komma i jämvikt, det vill säga deras parametrar kommer att bli desamma och oberoende av det ämne som kroppen är gjord från - energi kommer att absorberas och släpps i lika stora mängder. Den enda faktorn som kan påverka strålningspektrumet är kroppstemperatur.
Efter att ha lärt sig om Kirchhoffs resultat, sade många forskare att mäta temperaturen på en svart kropp och motsvarande våglängder för de utsända strålarna. Naturligtvis gjorde de det med metoderna i klassisk fysik - och … de kom till en återvändsgränd och fick helt meningslösa resultat. Med en ökning i kroppstemperatur och följaktligen en minskning av våglängden för strålning till det ultravioletta spektrumet ökade intensiteten hos vågsvängningar (energitäthet) till oändlighet. Under tiden visade experiment motsatsen. Visar verkligen en glödlampa ljusare än ett röntgenrör? Och är det möjligt att värma en svart kub så att den blir radioaktiv?
För att eliminera denna paradox, kallad ultraviolett katastrof, hittade Planck 1900 en original förklaring till hur strålningsenergin i en svart kropp beter sig. Forskaren föreslog att atomerna, vibrerar, släpper energi i strikt doserade delar - kvanta, och ju kortare vågen och desto högre vibrationsfrekvensen är, desto större är kvantet och vice versa. För att beskriva kvantiteten härledde Planck en formel enligt vilken energimängden kan bestämmas av produkten från frekvensen för vågen och handlingskvantatet (konstant lika med 6,62 × 10-34 J / s).
I december presenterade forskaren sin teori för medlemmar av det tyska fysiska samhället, och denna händelse markerade början på kvantfysik och mekanik. På grund av bristen på bekräftelse av verkliga experiment väckte dock Plancks upptäckt långt ifrån omedelbart. Och forskaren själv presenterade till en början quanta inte som materialpartiklar, utan som en matematisk abstraktion. Bara fem år senare, när Einstein fann en motivering för den fotoelektriska effekten (slog ut elektroner från ett ämne under påverkan av ljus) och förklarade detta fenomen genom att "dosera" den strålade energin, fann Plancks formel dess tillämpning. Då blev det klart för alla att det inte var tomma spekulationer, utan en beskrivning av ett verkligt fenomen på mikronivå.
Förresten uppskattade författaren till relativitetsteorin själv kollegas arbete. Enligt Einstein ligger Plancks meriter i att bevisa att inte bara materien består av partiklar utan också energi. Dessutom fann Planck ett handlingskvantum - en konstant koppling av strålningsfrekvensen med storleken på dess energi, och denna upptäckt vände fysiken upp och ner och startade sin utveckling i en annan riktning. Einstein förutspådde att det skulle vara tack vare Plancks teori att det skulle vara möjligt att skapa en modell av atomen och förstå hur energi beter sig när atomer och molekyler förfaller. Enligt den stora fysikern förstörde Planck grunden för Newtonian mekanik och visade ett nytt sätt att förstå världsordningen.
Kampanjvideo:
Nu används Plancks konstant i alla ekvationer och formler för kvantmekanik, som delar upp makrokosmos, lever enligt Newtons lagar och mikrokosmos, där kvantlagar fungerar. Till exempel bestämmer denna koefficient i vilken skala Heisenbergs osäkerhetsprincip fungerar - det vill säga oförmågan att förutsäga egenskaper och beteende hos elementära partiklar. I kvantvärlden har alla objekt faktiskt en dubbel karaktär, som uppstår på två platser samtidigt, och manifesterar sig som en partikel vid en punkt och som en våg vid en annan, etc.
Således, efter att ha upptäckt kvanta, grundade Max Planck kvantfysik, kapabel att förklara fenomen på atom- och molekylnivåer, vilket ligger utanför kraften i klassisk fysik. Hans teori blev grunden för vidareutvecklingen av detta vetenskapliga område.