Тази статия обяснява каква е хипотезата на Планк, кой я е създал и колко важна е станала за развитието на съвременната наука. Показано е също значението на идеята за квантуване за целия микросвят.
Смартфон и квантова физика
Съвременният свят около нас е много различен по отношение на технологиите от всичко, което беше познато преди сто години. Всичко това стана възможно само защото в зората на двадесети век учените преодоляха бариерата и най-накрая разбраха, че материята в най-малък мащаб не е непрекъсната. И тази ера беше открита с неговото предположение от един прекрасен човек - Макс Планк.
биография на Планк
Една от физическите константи, квантово уравнение, научна общност в Германия, астероид, кратер на Луната, космически телескоп са кръстени на него. Изображението му е релефно върху монети и отпечатано върху марки и банкноти. Какъв човек беше Макс Планк? Той е роден в средата на деветнадесети век в немско благородно семейство със скромни средства. Сред предците му има много добри адвокати и служители на църквата. М. Планк получава добро образование, но колегите физици шеговито го наричат "самоук". Ученият е получил основните си познания откниги.
Хипотезата на Планк е родена от предположение, което той е направил теоретично. В научната си кариера той се придържа към принципа „науката е на първо място“. По време на Първата световна война Планк се опитва да поддържа връзки с чуждестранни колеги от страните, които се противопоставят на Германия. Пристигането на нацистите го завари на позицията на директор на голяма научна общност - и ученият се стреми да защити своите служители, помага на избягалите от режима да заминат в чужбина. Така че хипотезата на Планк не беше единственото нещо, за което той беше уважаван. Той обаче никога не се изказва открито срещу Хитлер, очевидно осъзнавайки, че не само ще навреди на себе си, но и няма да може да помогне на тези, които се нуждаят от това. За съжаление много физици не приеха тази позиция на М. Планк и спряха да си кореспондират с него. Той имаше пет деца и само най-малкото оцеля баща му. Най-големият син е взет от Първата, средният - от Втората световна война. И двете дъщери не преживели раждането. В същото време съвременниците отбелязват, че само у дома Планк е самият той.
Източници на кванти
От училище ученият се интересувал от втория закон на термодинамиката. Казва: всеки процес протича само с увеличаване на хаоса и загуба на енергия или маса. Той беше първият, който го формулира по този начин, от гледна точка на ентропията, която може да се увеличи само в термодинамична система. По-късно именно тази работа доведе до формулирането на известната хипотеза на Планк. Той беше и един от онези, които въведоха традицията за разделяне на математиката и физиката, създавайки на практика теоретична част от последната. Преди неговсички природни науки бяха смесени и експерименти бяха проведени от хора в лаборатории, които почти не се различаваха от алхимичните.
Количествена хипотеза
Изследвайки ентропията на електромагнитните вълни по отношение на осцилатори и разчитайки на експериментални данни, получени два дни преди това, на 19 октомври 1900 г., Планк представя на други учени формула, която по-късно ще бъде кръстена на него. Той свързва енергията, дължината на вълната и радиационната температура (в граничния случай за напълно черно тяло). През цялата следващата нощ колегите му, под ръководството на Рубенс, организираха експерименти, за да потвърдят тази теория. И тя беше права! Въпреки това, за да обоснове теоретично хипотезата, произтичаща от тази формула и в същото време да избегне математически трудности като безкрайността, Планк трябваше да признае, че енергията не се излъчва в непрекъснат поток, както се смяташе преди, а на отделни части (E=hν). Този подход унищожи всички съществуващи идеи за твърдо тяло. Квантовата хипотеза на Планк революционизира физиката.
Последствия от квантуването
В началото ученият не осъзнава важността на своето откритие. Известно време формулата, която той изведе, се използва само като удобен начин за намаляване на броя на математическите операции за изчисление. В същото време както Планк, така и други учени са използвали непрекъснатите уравнения на Максуел. Единственото смущаващо нещо беше константата h, която не можеше да получи физическо значение. Само по-късноАлберт Айнщайн и Пол Еренфест, разбирайки новите явления на радиоактивността и опитвайки се да намерят математическа обосновка за оптичните спектри, осъзнават важността на хипотезата на Планк. Те казват, че докладът, в който формулата за квантуване на енергията беше представена за първи път, откри ерата на новата физика. Айнщайн вероятно беше първият, който разпозна началото му. Така че това е и негова заслуга.
Какво е квантовано
Всички състояния, които могат да приемат всякакви елементарни частици, са дискретни. Един електрон в капан може да бъде само на определени нива. Възбуждането на атома, както и обратният процес - емисия, също протича в скокове. Всяко електромагнитно взаимодействие е обмен на кванти на съответната енергия. Човечеството обуздава енергията на атома само благодарение на разбирането за дискретността на енергийните нива. Надяваме се, че сега читателите няма да имат въпрос каква е хипотезата на Планк и какво е нейното влияние върху съвременния свят, а следователно и върху всеки един от хората.
