Šiame straipsnyje paaiškinama, kas yra Plancko hipotezė, kas ją sukūrė ir kokia ji tapo svarbia šiuolaikinio mokslo raidai. Taip pat parodoma kvantavimo idėjos reikšmė visam mikropasauliui.
Išmanusis telefonas ir kvantinė fizika
Šiuolaikinis mus supantis pasaulis technologijomis labai skiriasi nuo visko, kas buvo pažįstama prieš šimtą metų. Visa tai tapo įmanoma tik todėl, kad dvidešimtojo amžiaus aušroje mokslininkai įveikė barjerą ir galiausiai suprato, kad mažiausio masto materija nėra ištisinė. Ir šią erą jo prisiėmimu atidarė nuostabus žmogus – Maksas Plankas.
Planko biografija
Jo vardu pavadinta viena iš fizinių konstantų, kvantinė lygtis, Vokietijos mokslo bendruomenė, asteroidas, krateris Mėnulyje, kosminis teleskopas. Jo atvaizdas buvo įspaustas ant monetų ir atspausdintas ant pašto ženklų bei banknotų. Koks buvo Maxas Planckas? Jis gimė XIX amžiaus viduryje kuklių turtų vokiečių kilmingoje šeimoje. Tarp jo protėvių buvo daug gerų teisininkų ir bažnyčios tarnų. M. Planckas gavo gerą išsilavinimą, tačiau kolegos fizikai jį juokaudami pavadino „savamoksliu“. Pagrindines žinias mokslininkas įgijo išknygos.
Plancko hipotezė gimė remiantis prielaida, kurią jis padarė teoriškai. Savo mokslinėje karjeroje jis laikėsi principo „mokslas yra pirmoje vietoje“. Pirmojo pasaulinio karo metais Planckas bandė palaikyti ryšius su užsienio kolegomis iš Vokietijai besipriešinančių šalių. Atėjus naciams jis atsidūrė didelės mokslo bendruomenės direktoriaus pareigose – mokslininkas siekė apsaugoti savo darbuotojus, padėjo nuo režimo pabėgusiems išvykti į užsienį. Taigi Plancko hipotezė nebuvo vienintelis dalykas, už kurį jis buvo gerbiamas. Tačiau jis niekada atvirai nepasisakė prieš Hitlerį, matyt, suprasdamas, kad ne tik sau pakenks, bet ir negalės padėti tiems, kuriems to reikia. Deja, daugelis fizikų nesutiko su tokia M. Plancko pozicija ir nustojo su juo susirašinėti. Jis turėjo penkis vaikus, ir tik jauniausias išgyveno savo tėvą. Vyriausiąjį sūnų pasiėmė Pirmasis, vidurinį – Antrasis pasaulinis karas. Abi dukros gimdymo neišgyveno. Tuo pat metu amžininkai pažymėjo, kad tik namuose Planckas buvo pats.
Kvantų š altiniai
Mokslininkas nuo mokyklos laikų domėjosi antruoju termodinamikos dėsniu. Sakoma: bet koks procesas vyksta tik didėjant chaosui ir prarandant energiją ar masę. Jis pirmasis taip suformulavo, kalbant apie entropiją, kuri termodinaminėje sistemoje gali tik didėti. Vėliau būtent šis darbas paskatino suformuluoti garsiąją Plancko spėjimą. Jis taip pat buvo vienas iš tų, kurie įvedė matematikos ir fizikos atskyrimo tradiciją, praktiškai sukūrė pastarosios teorinį skyrių. Prieš jįvisi gamtos mokslai buvo mišrūs, o eksperimentus asmenys atliko laboratorijose, kurios beveik nesiskyrė nuo alcheminių.
Kiekybinė hipotezė
Tirdamas elektromagnetinių bangų entropiją osciliatorių požiūriu ir remdamasis eksperimentiniais duomenimis, gautais prieš dvi dienas, 1900 m. spalio 19 d., Planckas kitiems mokslininkams pateikė formulę, kuri vėliau bus pavadinta jo vardu. Jis susiejo energiją, bangos ilgį ir spinduliuotės temperatūrą (ribiniu atveju visiškai juodam kūnui). Kitą naktį jo kolegos, vadovaujami Rubenso, atliko eksperimentus, kad patvirtintų šią teoriją. Ir ji buvo teisi! Tačiau, norėdamas teoriškai pagrįsti iš šios formulės kylančią hipotezę ir tuo pačiu išvengti matematinių sunkumų, tokių kaip begalybės, Planckas turėjo pripažinti, kad energija išspinduliuojama ne nuolatiniu srautu, kaip buvo manyta anksčiau, o atskiromis porcijomis (E.=hν). Šis požiūris sunaikino visas egzistuojančias idėjas apie tvirtą kūną. Plancko kvantinė hipotezė pakeitė fiziką.
Kvantavimo pasekmės
Iš pradžių mokslininkas nesuvokė savo atradimo svarbos. Kurį laiką jo išvesta formulė buvo naudojama tik kaip patogus būdas sumažinti skaičiavimo matematinių operacijų skaičių. Tuo pačiu metu Planckas ir kiti mokslininkai naudojo Maksvelo ištisines lygtis. Vienintelis gėdingas dalykas buvo nuolatinė h, kuriai negalėjo suteikti fizinės reikšmės. Tik vėliauAlbertas Einšteinas ir Paulas Ehrenfestas, suprasdami naujus radioaktyvumo reiškinius ir bandydami rasti matematinį optinių spektrų pagrindimą, suprato Plancko hipotezės svarbą. Jie sako, kad ataskaita, kurioje pirmą kartą buvo pristatyta energijos kvantavimo formulė, atvėrė naujos fizikos erą. Einšteinas tikriausiai pirmasis pripažino jos pradžią. Taigi tai irgi jo nuopelnas.
Kas yra kvantuota
Visos būsenos, kurias gali priimti bet kurios elementarios dalelės, yra atskiros. Elektronas spąstuose gali būti tik tam tikruose lygiuose. Šuoliais vyksta ir atomo sužadinimas, kaip ir priešingas procesas – emisija. Bet kokia elektromagnetinė sąveika yra atitinkamos energijos kvantų mainai. Žmonija pažabojo atomo energiją tik dėka supratimo apie energijos lygių diskretiškumą. Tikimės, kad dabar skaitytojams nekils klausimų, kokia yra Plancko hipotezė ir kokią įtaką ji daro šiuolaikiniam pasauliui, taigi ir kiekvienam iš žmonių.
