Koncem 19. - začátkem 20. století byly poznamenány zrodem nových vědeckých konceptů, které radikálně změnily obvyklý obraz světa. V roce 1887 chtěli američtí fyzici Edward Morley a Albert Michelson experimentálně potvrdit tradiční myšlenku, že světlo (tj. Elektromagnetické oscilace) se šíří ve zvláštní látce - éteru, stejně jako zvukové vlny cestují vesmírem vzduchem.
Vědci nasměrovali světelný paprsek na průsvitnou desku umístěnou v úhlu 45 ° ke světelnému zdroji, aniž by předpokládali, že by to mělo zcela opačný výsledek. Paprsek se rozdvojil, částečně prošel deskou a částečně se od ní odrazil v pravém úhlu ke zdroji. Oba paprsky se šířily se stejnou frekvencí a odrážely se od kolmých zrcátek a vrátily se na desku. Jeden se od toho odrazil, druhý prošel a když byl jeden paprsek položen na druhý, na obrazovce se objevily interferenční třásně. Pokud by se světlo pohybovalo v nějaké hmotě, takzvaný éterický vítr by musel posunout interferenční obrazec, ale během šesti měsíců pozorování se nic nezměnilo. Michelson a Morley si tedy uvědomili, že ether neexistuje, a světlo se může šířit i ve vakuu - absolutní prázdnota. Toto zdiskreditovalo základní postavení klasické newtonské mechaniky ohledně existence absolutního prostoru - základní referenční rámec, ve vztahu k němuž je ether v klidu.
Dalším „kamenem“ve směru klasické fyziky byly rovnice skotského vědce Jamese Maxwella, který ukázal, že světlo se pohybuje omezenou rychlostí, která nezávisí na systému „zdroj-pozorovatel“. Tyto objevy sloužily jako podnět k vytvoření dvou zcela inovativních teorií: kvantové a teorie relativity.
V roce 1896 začal německý fyzik Max Planck (1858-1947) studovat tepelné paprsky - zejména jejich závislost na struktuře a barvě emitujícího objektu. Planckův zájem o toto téma vyvstal v souvislosti s myšlenkovým experimentem jeho krajana Gustava Kirchhoffa, který se uskutečnil v roce 1859. Kirchhoff vytvořil model absolutně černého těla, což je ideální neprůhledný kontejner, který pohlcuje všechny paprsky dopadající na něj a nevylučuje je, „nutí je“»Opakovaně se odrazí od zdí a ztrácí energii. Pokud je však toto tělo zahřáté, začne vyzařovat záření a čím vyšší je teplota zahřívání, tím kratší jsou vlnové délky paprsků, což znamená, že paprsky procházejí z neviditelného spektra do viditelného. Tělo nejprve zčervená a potom zbarví, protože jeho záření kombinuje celé spektrum. Vyzařované a absorbované záření se dostane do rovnováhy, to znamená, že jejich parametry budou stejné a nezávislé na látce, ze které je tělo vyrobeno - energie bude absorbována a uvolňována ve stejném množství. Jediným faktorem, který může ovlivnit spektrum záření, je tělesná teplota.
Poté, co se dozvěděli o Kirchhoffových nálezech, mnoho vědců se rozhodlo změřit teplotu černého těla a odpovídající vlnové délky emitovaných paprsků. Samozřejmě to udělali za použití metod klasické fyziky - a … dospěli k slepé uličce a získali naprosto bezvýznamné výsledky. Se zvýšením tělesné teploty a v důsledku toho se snížením vlnové délky záření do ultrafialového spektra se intenzita vlnových kmitů (hustota energie) zvýšila na nekonečno. Experimenty mezitím ukázaly opak. Svítí žárovka jasněji než rentgenová trubice? A je možné zahřát černou kostku, aby se stala radioaktivní?
Pro odstranění tohoto paradoxu, zvaného ultrafialová katastrofa, Planck v roce 1900 našel originální vysvětlení toho, jak se chová energie záření černého těla. Vědec navrhl, že atomy, vibrace, uvolňují energii v přísně dávkovaných částech - quanta, a čím kratší vlna a čím vyšší je vibrační frekvence, tím větší je kvantum a naopak. Pro popis kvanta Planck odvodil vzorec, podle kterého množství energie může být určeno součinem frekvence vlny a kvantové akce (konstanta rovná 6,62 × 10 - 34 J / s).
V prosinci vědec představil svou teorii členům německé fyzikální společnosti a tato událost znamenala začátek kvantové fyziky a mechaniky. Nicméně, kvůli nedostatku potvrzení skutečnými experimenty, Planck objev objevil vzbudil zájem zdaleka okamžitě. A sám vědec zpočátku nepředkládal quantu jako materiální částice, ale jako matematickou abstrakci. Teprve po pěti letech, když Einstein našel ospravedlnění fotoelektrického efektu (vyřazení elektronů z látky pod vlivem světla), vysvětlující tento jev „dávkou“emitované energie, Planckův vzorec našel své uplatnění. Pak bylo každému jasné, že se nejedná o prázdné spekulace, ale o popis skutečného jevu na mikroúrovni.
Mimochodem, autor teorie relativity sám vysoce ocenil práci svého kolegy. Podle Einsteina spočívá Planckova zásluha v dokazování, že hmota není složena pouze z částic, ale také energie. Planck navíc našel kvantum působení - konstantu spojující frekvenci záření s velikostí jeho energie, a tento objev obrátil fyziku vzhůru nohama a začal svůj vývoj jiným směrem. Einstein předpověděl, že díky Planckově teorii bude možné vytvořit model atomu a pochopit, jak se energie chová, když se atomy a molekuly rozkládají. Podle velkého fyzika Planck zničil základy newtonské mechaniky a ukázal nový způsob pochopení světového řádu.
Propagační video:
Planckova konstanta se nyní používá ve všech rovnicích a vzorcích kvantové mechaniky, rozdělující makrokosmos, žijící podle Newtonových zákonů a mikrokosmos, kde kvantové zákony fungují. Tento koeficient například určuje měřítko, ve kterém funguje Heisenbergův princip neurčitosti - to znamená neschopnost předpovídat vlastnosti a chování elementárních částic. Ve skutečnosti v kvantovém světě mají všechny objekty dvojí povahu, vznikající na dvou místech současně, projevující se jako částice v jednom bodě a jako vlna v jiném atd.
Poté, co objevil quantu, založil Max Planck kvantovou fyziku, schopnou vysvětlit jevy na atomové a molekulární úrovni, což je nad rámec moci klasické fyziky. Jeho teorie se stala základem pro další rozvoj tohoto vědeckého oboru.