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 найменшому масштабі не безперервно. А відкрив цю еру своїм припущенням чудова людина - Макс Планк.

Відео: Формула Планка flv

біографія Планка

Його ім`ям 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 дворянській небагатій родині. Серед його предків було чимало хороших юристів і служителів церкви. Освіта М. Планк отримав гарну, 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». В першу світову війну Планк намагався зберегти зв`язки із зарубіжними колегами з країн-супротивників Німеччини. Прихід нацистів застав 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 фізиків не прийняли таку позицію М. Планка та 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 тільки вдома Планк був самим собою.

джерела квантів

Зі школи вчений цікавився другим початком термодинаміки. У ньому йдеться: будь-який процес йде тільки зі збільшенням хаосу і втратою енергії або маси. Він був першим, хто сформулював його саме так - в термінах ентропії, яка може тільки зростати в термодинамічної системи. Пізніше саме ця робота привела до того, що була сформульована знаменита гіпотеза Планка. Також він був одним з тих, хто ввів традицію розділяти математику і фізику, практично створивши теоретичний розділ останньої. До нього всі природні науки були змішані, а експерименти проводилися одинаками в лабораторіях, які майже не відрізнялися від алхімічних.

Гіпотеза про кванти

Досліджуючи ентропію електромагнітних хвиль в 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 складнощів типу нескінченностей, Планку довелося визнати, що енергія випромінюється не безупинно потоком, як вважалося раніше, а окремими порціями (Е = h&nu-). Такий підхід руйнував всі існуючі уявлення про твердому тілі. Квантова гіпотеза Планка зробила революцію у фізиці.

наслідки квантування

Відео: Сергій Попов: Початок гравітаційно-хвильової астрономії

Спочатку вчений не усвідомлював важливість зробленого їм 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 нових явищах радіоактивності і намагаючись знайти математичне обґрунтування оптичним спектрами, 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 теж.

що квантуется

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