Pozno 19. - začetek 20. stoletja zaznamovalo je rojstvo novih znanstvenih konceptov, ki so korenito spremenili običajno sliko sveta. Leta 1887 sta ameriška fizika Edward Morley in Albert Michelson želela eksperimentalno potrditi tradicionalne ideje, da se svetloba (torej elektromagnetna nihanja) širijo v posebni snovi - eteru, tako kot zvočni valovi potujejo skozi vesolje po zraku.
Brez da bi sploh domnevali, da bodo njihove izkušnje pokazale povsem nasproten rezultat, so znanstveniki usmerili svetlobni žarek na prosojno ploščo, ki se nahaja pod kotom 45 ° do vira svetlobe. Žareč se je razdelil, deloma je šel skozi ploščo, delno pa se je od njega odbil pod pravim kotom do vira. Razmnoževala sta se z isto frekvenco, oba snopa sta se odbila od pravokotne ogledala in se vrnila na ploščo. Ena se je odbila od njega, druga pa je šla skozi, in ko se je en žarek nalepil na drugega, so se na zaslonu pojavile obrobne meje. Če bi se svetloba premaknila v neki snovi, bi tako imenovani eterični veter moral prestaviti vzorec motenj, vendar se v šestih mesecih opazovanja ni nič spremenilo. Tako sta Michelson in Morley spoznala, da eter ne obstaja in svetloba se lahko širi tudi v vakuumu - absolutna praznina. To je diskreditiralo osnovno stališče klasične newtonske mehanike o obstoju absolutnega prostora - temeljnega referenčnega okvira, glede na katerega eter počiva.
Drugi "kamen" v smeri klasične fizike so bile enačbe škotskega znanstvenika Jamesa Maxwella, ki so pokazale, da se svetloba premika z omejeno hitrostjo, ki ni odvisna od sistema "vir-opazovalec". Ta odkritja so bila spodbuda za oblikovanje dveh popolnoma inovativnih teorij: kvantne in teorije relativnosti.
Leta 1896 je nemški fizik Max Planck (1858-1947) začel preučevati toplotne žarke - predvsem njihovo odvisnost od teksture in barve oddajajočega se predmeta. Planckovo zanimanje za to temo se je pojavilo v povezavi z miselnim eksperimentom rojaka Gustava Kirchhoffa, izvedenim leta 1859. Kirchhoff je ustvaril model absolutno črnega telesa, ki je idealna neprozorna posoda, ki absorbira vse žarke, ki padajo nanj, in jih ne spusti ven, “izsili »Večkrat odskočite od sten in izgubite energijo. Če pa se to telo segreje, bo začelo oddajati sevanje in višja je temperatura ogrevanja, krajše so valovne dolžine žarkov, kar pomeni, da bodo žarki prešli iz nevidnega spektra v vidni. Telo se bo najprej obarvalo rdeče in nato postalo belo, ker bo njegovo sevanje združilo celoten spekter. Izpuščena in absorbirana sevanja bodo prišla v ravnovesje, torej njihovi parametri bodo postali enaki in neodvisni od snovi, iz katere je telo sestavljeno - energija se bo absorbirala in sprostila v enakih količinah. Edini dejavnik, ki lahko vpliva na sevalni spekter, je telesna temperatura.
Po spoznanju Kirchhoffovih ugotovitev so se mnogi znanstveniki odločili za merjenje temperature črnega telesa in ustreznih valovnih dolžin izpuščenih žarkov. Seveda so to storili z metodami klasične fizike - in … prišli so v slepo ulico in dobili popolnoma nesmiselne rezultate. S povečanjem telesne temperature in s tem zmanjšanjem valovne dolžine sevanja do ultravijoličnega spektra se je intenzivnost nihanj valov (energijska gostota) povečala do neskončnosti. Medtem so poskusi pokazali ravno nasprotno. Ali žarnica z žarilno nitko ne sveti svetleje od rentgenske cevi? In ali je mogoče segreti črno kocko, da postane radioaktivna?
Za odpravo tega paradoksa, imenovanega ultravijolična katastrofa, je Planck leta 1900 našel izvirno razlago, kako se obnaša sevalna energija črnega telesa. Znanstvenik je predlagal, da atomi, ki vibrirajo, sproščajo energijo v strogo doziranih delih - kvanti, in krajši kot je val in višja je frekvenca vibracij, večji je kvant in obratno. Da bi opisal kvant, je Planck dobil formulo, v skladu s katero je mogoče količino energije določiti s produktom frekvence vala in kvantom delovanja (konstantno enako 6,62 × 10-34 J / s).
Decembra je znanstvenik svojo teorijo predstavil članom nemškega fizikalnega društva in ta dogodek je pomenil začetek kvantne fizike in mehanike. Vendar pa je Planckovo odkritje zaradi pomanjkanja potrditve s pravimi poskusi vzbudilo zanimanje še zdaleč ne takoj. In sam znanstvenik je sprva kvante predstavil ne kot materialne delce, ampak kot matematično abstrakcijo. Šele pet let kasneje, ko je Einstein našel opravičilo za fotoelektrični učinek (izluščanje elektronov iz snovi pod vplivom svetlobe), ki je ta pojav pojasnil z "doziranjem" sevane energije, je Planckova formula našla svojo uporabo. Potem je vsem postalo jasno, da to niso prazne špekulacije, ampak opis resničnega pojava na mikro ravni.
Mimogrede, sam avtor teorije relativnosti je zelo cenil delo svojega kolega. Po mnenju Einsteina je Planckova zasluga v tem, da dokazuje, da ne le materijo sestavljajo delci, ampak tudi energija. Poleg tega je Planck našel kvant ukrepanja - nenehno povezovanje frekvence sevanja z velikostjo njegove energije in to odkritje je fiziko obrnilo na glavo, začelo pa je svoj razvoj v drugo smer. Einstein je predvideval, da bo zaradi Planckove teorije mogoče ustvariti model atoma in razumeti, kako se obnaša energija, ko atomi in molekule razpadajo. Po velikem fiziku je Planck uničil temelje newtonske mehanike in pokazal novo pot v razumevanju svetovnega reda.
Promocijski video:
Zdaj se Planckova konstanta uporablja v vseh enačbah in formulah kvantne mehanike, ločuje makrokozmos, ki živi po Newtonovih zakonih, in mikrokozmos, kjer delujejo kvantni zakoni. Ta koeficient na primer določa lestvico, pri kateri deluje Heisenbergovo načelo negotovosti - torej nezmožnost predvidevanja lastnosti in obnašanja elementarnih delcev. Dejansko imajo v kvantnem svetu vsi predmeti dvojno naravo, ki nastajajo na dveh mestih hkrati in se v eni točki manifestirajo kot delec in kot val v drugem itd.
Tako je Max Planck, ko je odkril kvante, ustanovil kvantno fiziko, sposobno razložiti pojave na atomski in molekularni ravni, kar je zunaj moči klasične fizike. Njegova teorija je postala osnova za nadaljnji razvoj tega znanstvenega področja.