Гіпотэза Планка: пачатак квантавага свету

У гэтым артыкуле распавядаецца, што такое гіпотэза Планка, хто яе стваральнік і наколькі важнай яна стала для развіцця сучаснай навукі. Таксама паказана значэнне ідэі квантавання для ўсяго мікрасвету.

Смартфон і квантавая фізіка

Сучасны навакольны нас свет моцна адрозніваецца па тэхналогіях ад усяго, што было звыкла яшчэ сотню гадоў таму. Усё гэта стала магчымым толькі дзякуючы таму, што на Пачатак дваццатых гадоў навукоўцы пераадолелі бар'ер і зразумелі, нарэшце: рэчыва ў самым маленькім маштабе не бесперапынна. А адкрыў гэтую эру сваім меркаваннем выдатны чалавек - Макс Планк.

біяграфія Планка

Яго імем названыя: адна з фізічных канстант, квантавы раўнанне, навуковая супольнасць у Германіі, астэроід, кратэр на Месяцы, касмічны тэлескоп. Яго малюнак было выбіта на манетах і надрукавана на марках і купюрах. Якім жа чалавекам быў Макс Планк? Ён нарадзіўся ў сярэдзіне дзевятнаццатага стагоддзя ў нямецкай дваранскай небагатай сям'і. Сярод яго продкаў было нямала добрых юрыстаў і служыцеляў царквы. Адукацыя М.Планк атрымаў добрую, але калегі-фізікі жартам называлі яго «самавук». Асноўныя веды навуковец атрымаў з кніг.

Гіпотэза Планка нарадзілася з здагадкі, якое ён вывеў тэарэтычна. У сваёй навуковай кар'еры ён прытрымліваўся прынцыпу «навука важней за ўсё». У першую сусветную вайну Планк стараўся захаваць сувязі з замежнымі калегамі з краін-праціўніцай Германіі. Прыход нацыстаў заспеў яго на пасадзе дырэктара вялікага навуковай супольнасці - і навуковец імкнуўся абараніць сваіх супрацоўнікаў, дапамагаў выехаць за мяжу тым, хто збег ад рэжыму. Так што гіпотэза Планка была не адзіным, за што яго паважалі. Аднак ён ніколі адкрыта не выказваўся супраць Гітлера, відавочна разумеючы, што не толькі прынясе шкоду сабе, але і не зможа дапамагаць тым, хто меў патрэбу ў гэтым. На жаль, многія фізікі не прынялі такой пазіцыі М. Планка і спынілі перапіску з ім. У яго было пяцёра дзяцей, і толькі самы малодшы перажыў бацькі. Старэйшага сына забрала Першая, сярэдняга - Другая сусветная вайна. Абедзве дачкі не перажылі родаў. Пры гэтым сучаснікі адзначалі, што толькі дома Планк быў самім сабой.

крыніцы квантаў

Са школы навуковец цікавіўся другім пачаткам тэрмадынамікі. Яна абвяшчае: любы працэс ідзе толькі з павелічэннем хаосу і стратай энергіі або масы. Ён быў першым, хто сфармуляваў яго менавіта так - у тэрмінах энтрапіі, якая можа толькі ўзрастаць ў тэрмадынамічнай сістэме. Пазней менавіта гэтая праца прывяла да таго, што была сфармуляваная знакамітая гіпотэза Планка. Таксама ён быў адным з тых, хто ўвёў традыцыю падзяляць матэматыку і фізіку, практычна стварыўшы тэарэтычны раздзел апошняй. Да яго ўсе натуральныя навукі былі змяшаныя, а эксперыменты праводзіліся адзіночкамі ў лабараторыях, якія амаль не адрозніваліся ад алхімічных.

Гіпотэза аб Квант

Даследуючы энтрапію электрамагнітных хваль у рамках тэрмінаў асцылятара і абапіраючыся на эксперыментальныя дадзеныя, атрыманыя за два дні да таго, 19 кастрычніка 1900 Планк прадставіў іншым навукоўцам формулу, якую пасля назавуць яго імем. Яна звязвала паміж сабой энергію, даўжыню хвалі і тэмпературу выпраменьвання (у гранічным выпадку для абсалютна чорнага цела). Усю наступную ноч яго калегі пад кіраўніцтвам Рубенса ставілі эксперыменты, каб пацвердзіць гэтую тэорыю. І яна апынулася дакладнай! Аднак каб тэарэтычна абгрунтаваць вынікаючую з гэтай формулы гіпотэзу і пры гэтым пазбегнуць матэматычных складанасцяў тыпу бясконцасці, Планку прыйшлося прызнаць, што энергія выпраменьваецца не бесперапынным патокам, як лічылася раней, а асобнымі порцыямі (Е = hν). Такі падыход бурыў ўсе існуючыя ўяўленні аб цвёрдым целе. Квантавая гіпотэза Планка здзейсніла рэвалюцыю ў фізіцы.

наступствы квантавання

Спачатку навуковец не ўсведамляў важнасць зробленага ім адкрыцця. Нейкі час выведзеная ім формула ўжывалася толькі як зручны спосаб скараціць колькасць матэматычных аперацый для вылічэнні. Пры гэтым як Планк, так і іншыя навукоўцы, выкарыстоўвалі бесперапынныя ўраўненні Максвела. Бянтэжыла толькі пастаянная h, якой ніяк не ўдавалася надаць фізічны сэнс. Пазней толькі Альберт Эйнштэйн і Паўль Эренфест, разбіраючыся ў новых з'явах радыеактыўнасці і спрабуючы знайсці матэматычнае абгрунтаванне аптычным спектрах, зразумелі ўсю важнасць таго, што такое гіпотэза Планка. Кажуць, што даклад, на якім упершыню прагучала формула квантавання энергіі, адкрыў эру новай фізікі. Верагодна, Эйнштэйн быў першым, хто ўсвядоміў яе пачатак. Так што гэта і яго заслуга таксама.

што квант

Усе стану, якія могуць прымаць любыя элементарныя часціцы, дыскрэтных. Электрон ў пастцы можа знаходзіцца толькі на пэўных узроўнях. Ўзбуджэнне атама, як і супрацьлеглы працэс - эмісія, таксама адбываецца скокамі. Любыя электрамагнітныя ўзаемадзеяння - гэта абмен квантамі адпаведнай энергіі. Энергію атама чалавецтва ўтаймаваць толькі дзякуючы разуменню дыскрэтнасці энергетычных узроўняў. Спадзяемся, цяпер у чытачоў не паўстане пытання, у чым заключаецца гіпотэза Планка, і якое яе ўплыў на сучасны свет, а значыць, кожнага з людзей.