Akhir 19 - awal abad ke-20 ditandai dengan kelahiran konsep saintifik baru yang secara radikal mengubah gambaran biasa dunia. Pada tahun 1887, ahli fizik Amerika Edward Morley dan Albert Michelson ingin secara eksperimen mengesahkan idea tradisional bahawa cahaya (iaitu, ayunan elektromagnetik) menyebarkan dalam zat khas - eter, sama seperti gelombang bunyi bergerak melalui angkasa melalui udara.
Tanpa menyangka bahawa pengalaman mereka akan menunjukkan hasil yang sama sekali bertentangan, para saintis mengarahkan pancaran cahaya ke plat lut yang terletak pada sudut 45 ° ke sumber cahaya. Rasuk itu berbelah dua, sebagian melewati piring, dan sebahagiannya dipantulkan dari sudut pada sudut tepat ke sumber. Berkembang dengan frekuensi yang sama, kedua balok dipantulkan dari cermin tegak lurus dan kembali ke piring. Satu dipantulkan dari itu, yang lain melewati, dan ketika satu balok ditumpangkan pada yang lain, pinggiran gangguan muncul di layar. Sekiranya cahaya bergerak dalam beberapa bahan, angin ethereal yang disebut harus mengalihkan corak gangguan, tetapi tidak ada yang berubah selama enam bulan pemerhatian. Oleh itu, Michelson dan Morley menyedari bahawa eter tidak wujud, dan cahaya dapat menyebar walaupun dalam keadaan hampa - kekosongan mutlak. Ini mendiskreditkan kedudukan asas mekanik Newtonian klasik mengenai kewujudan ruang mutlak - kerangka rujukan asas, yang berkaitan dengan eter yang sedang berehat.
"Batu" lain ke arah fisika klasik adalah persamaan saintis Scotland James Maxwell, yang menunjukkan bahawa cahaya bergerak dengan kelajuan terhad, yang tidak bergantung pada sistem "sumber-pemerhati". Penemuan ini berfungsi sebagai dorongan untuk pembentukan dua teori yang sepenuhnya inovatif: kuantum dan teori relativiti.
Pada tahun 1896 ahli fizik Jerman Max Planck (1858-1947) mula mempelajari sinar panas - khususnya, ketergantungan mereka pada tekstur dan warna objek yang dipancarkan. Minat Planck dalam topik ini timbul sehubungan dengan eksperimen pemikiran rakan senegaranya, Gustav Kirchhoff, yang dilakukan pada tahun 1859. Kirchhoff membuat model badan yang benar-benar hitam, yang merupakan wadah legap yang ideal yang menyerap semua sinar yang jatuh di atasnya dan tidak membiarkannya keluar, memaksa »Melambung berulang kali dari dinding dan kehilangan tenaga. Tetapi jika badan ini dipanaskan, ia akan mula memancarkan radiasi, dan semakin tinggi suhu pemanasan, semakin pendek panjang gelombang sinar, yang bermaksud bahawa sinar akan melewati dari spektrum yang tidak kelihatan ke yang dapat dilihat. Tubuh pertama akan menjadi merah dan kemudian menjadi putih, kerana sinarannya akan menggabungkan keseluruhan spektrum. Sinaran yang dipancarkan dan diserap akan masuk ke keseimbangan, iaitu parameternya akan menjadi sama dan bebas dari bahan dari mana badan dibuat - tenaga akan diserap dan dibebaskan dalam jumlah yang sama. Satu-satunya faktor yang boleh mempengaruhi spektrum radiasi adalah suhu badan.
Setelah mengetahui mengenai penemuan Kirchhoff, banyak saintis berusaha untuk mengukur suhu badan hitam dan panjang gelombang yang sesuai dengan sinar yang dipancarkan. Sudah tentu, mereka melakukannya dengan menggunakan kaedah fizik klasik - dan … mereka menemui jalan buntu, mendapat hasil yang sama sekali tidak bermakna. Dengan peningkatan suhu badan dan, dengan demikian, penurunan panjang gelombang radiasi ke spektrum ultraviolet, intensiti ayunan gelombang (ketumpatan tenaga) meningkat hingga tak terhingga. Sementara itu, eksperimen menunjukkan sebaliknya. Adakah lampu pijar bersinar lebih terang daripada tiub sinar-X? Dan adakah mungkin untuk memanaskan kubus hitam sehingga menjadi radioaktif?
Untuk menghilangkan paradoks ini, yang disebut malapetaka ultraviolet, Planck pada tahun 1900 menemui penjelasan asal untuk bagaimana tenaga radiasi badan hitam bertindak. Saintis mencadangkan bahawa atom, bergetar, membebaskan tenaga dalam bahagian dos yang ketat - quanta, dan semakin pendek gelombang dan semakin tinggi frekuensi ayunan, semakin besar kuantum, dan sebaliknya. Untuk menerangkan kuantum, Planck memperoleh formula yang mengikutnya jumlah tenaga dapat ditentukan oleh produk frekuensi gelombang dan kuantum tindakan (pemalar sama dengan 6,62 × 10-34 J / s).
Pada bulan Disember, saintis menyampaikan teorinya kepada anggota Persatuan Fizikal Jerman, dan acara ini menandakan permulaan fizik dan mekanik kuantum. Namun, kerana kurangnya pengesahan oleh eksperimen sebenar, penemuan Planck menimbulkan minat yang jauh dari seketika. Dan saintis itu sendiri pada awalnya mengemukakan quanta bukan sebagai zarah bahan, tetapi sebagai pengabstrakan matematik. Hanya lima tahun kemudian, ketika Einstein menemui pembenaran untuk kesan fotolistrik (mengetuk elektron dari bahan di bawah pengaruh cahaya), menjelaskan fenomena ini dengan "dos" tenaga terpancar, formula Planck menemui penerapannya. Kemudian menjadi jelas bagi semua orang bahawa ini bukan spekulasi kosong, tetapi penerangan tentang fenomena sebenar di peringkat mikro.
Ngomong-ngomong, pengarang teori relativiti sendiri sangat menghargai karya rakannya. Menurut Einstein, kelebihan Planck adalah membuktikan bahawa bukan sahaja bahan terdiri daripada zarah, tetapi juga tenaga. Lebih-lebih lagi, Planck menemui kuantum tindakan - pemalar yang menghubungkan frekuensi sinaran dengan besarnya tenaganya, dan penemuan ini menjadikan fizik terbalik, memulakan perkembangannya ke arah yang berbeza. Einstein meramalkan bahawa berkat teori Planck bahawa mungkin untuk membuat model atom dan memahami bagaimana tenaga bertindak ketika atom dan molekul merosot. Menurut ahli fizik yang hebat, Planck memusnahkan asas mekanik Newtonian dan menunjukkan cara baru dalam memahami susunan dunia.
Video promosi:
Sekarang pemalar Planck digunakan dalam semua persamaan dan formula mekanik kuantum, membagi makrokosmos, hidup menurut undang-undang Newton, dan mikrokosmos, di mana undang-undang kuantum berfungsi. Sebagai contoh, pekali ini menentukan skala di mana prinsip ketidakpastian Heisenberg beroperasi - iaitu, ketidakupayaan untuk meramalkan sifat dan tingkah laku zarah unsur. Sesungguhnya, di dunia kuantum, semua objek mempunyai sifat ganda, timbul di dua tempat pada masa yang sama, menampakkan diri sebagai zarah pada satu titik dan sebagai gelombang di tempat lain, dll.
Oleh itu, setelah menemui quanta, Max Planck mendirikan fizik kuantum, yang mampu menjelaskan fenomena pada tahap atom dan molekul, yang berada di luar kekuatan fizik klasik. Teorinya menjadi asas untuk pengembangan lebih jauh bidang ilmiah ini.
