Ipoteza Planck cuantică Ecuația Einstein. Esența ipotezei Planck. Teoria cuantică-mecanică a structurii atomului

În fizică, nu toate fenomenele și obiectele sunt observate direct. De exemplu, un câmp electric. Ceea ce observăm este interacțiunea corpurilor și deja prin interacțiunea corpurilor judecăm incarcare electrica, despre câmpul electric care se creează în jurul lui. Dacă nu putem observa ceva în mod direct, îl putem judeca după manifestările sale.

De asemenea, nu vedem un fascicul de lumină până când ceva îl lovește: un muschi, fum, un perete (vezi Fig. 1).

Orez. 1. Midge în calea unui fascicul de lumină

Comparați așa cum vedeți lumina soareluiîntr-o cameră cu aer curat - numai sub formă de razele solare pe podea și pe mobilier (vezi Fig. 2) (faptul că moleculele de aer se întâlnesc în calea fasciculului este greu de observat cu ochiul liber), iar în o încăpere prăfuită – sub formă de raze evidente (vezi Fig. 3).

Orez. 2. Lumină într-o cameră curată

Orez. 3. Lumină într-o cameră prăfuită

La studierea luminii prin interacțiunea ei cu materia, a fost descoperită proprietatea sa foarte interesantă: energia luminoasă este emisă și absorbită în porțiuni, care se numesc cuante. Neobișnuit de auzit? Dar în natură, această proprietate nu este atât de rară, nici măcar nu o observăm. Despre asta vom vorbi astăzi.

Sunt lucruri pe care le putem număra în bucăți, cum ar fi degete pe o mână, pixuri pe o masă, mașini... Există o mașină, dar sunt două, nu poate exista o medie, jumătate de mașină este deja o grămadă de rezervă. părți. Acum, creioanele, mașinile, toate lucrurile care sunt separate și pe care le putem număra sunt discrete. Spre deosebire de ei, încercați să numărați apa: una, două... Apa este continuă, poate fi turnată într-un jet, care poate fi oricând întrerupt (vezi Fig. 4).

Orez. 4. Apa este continuă

Este zahărul continuu? La prima vedere, da. Ea, ca si apa, poate fi luata cu o lingura cat doriti. Dacă te uiți mai de aproape? Zahărul este format din boabe de nisip, pe care le putem număra (vezi Fig. 5).

Orez. 5. Cristale de zahăr

Se dovedește că dacă în vasul de zahăr este mult zahăr și îl luăm de acolo cu o lingură, nu ne interesează cristalele individuale și îl considerăm continuu. Dar pentru o furnică care poartă unul sau două cristale, iar pentru noi, privind-o printr-o lupă, zahărul este discret. Alegerea modelului depinde de problema rezolvată. Înțelegi bine ce este discretitatea și continuitatea atunci când cumperi unele produse la bucată, iar altele la greutate.

Dacă te uiți și mai de aproape, poți considera și apa ca fiind discretă: multă vreme nu vei surprinde pe nimeni cu faptul că substanțele constau din atomi individualiși molecule. Și, de asemenea, este imposibil să luați o jumătate de moleculă de apă (vezi Fig. 6).

Orez. 6. Vedere apropiată a apei

Știm același lucru despre sarcina electrică: sarcina unui corp poate lua doar valori care sunt multipli ai sarcinii unui electron sau a unui proton, deoarece aceștia sunt purtători de sarcină elementare (vezi Fig. 7).

Orez. 7. Purtători elementari de sarcină

Totul continuu la un anumit nivel de studiu devine discret, singura întrebare este la ce nivel.

Exemple de discreție în natură

Priviți diversitatea speciilor din lumea vii: există un hipopotam cu gât scurt și există o girafă cu unul lung. Dar nu există multe forme intermediare printre care s-ar putea găsi un animal cu orice lungime a gâtului. Este clar că există și alte animale cu tot felul de gât, dar lungimea gâtului este doar un semn. Dacă luăm un set de trăsături, atunci fiecare specie are propriul său set și, din nou, nu există un set de forme intermediare cu toate trăsăturile intermediare (vezi Fig. 8).

Orez. 8. Un set de semne de animale

Animalele, ca și plantele, vin în specii distincte. Cuvântul cheie este individual, adică diversitatea speciilor sălbatice este discretă.

Ereditatea este, de asemenea, discretă: trăsăturile se transmit prin gene și nu poate exista jumătate de genă: ori există, ori nu există. Desigur, există multe gene, așa că trăsăturile pe care le codifică par a fi continue, precum zahărul într-o pungă mare. Nu vedem oameni sub formă de constructori asamblați dintr-un set de șabloane: una din trei culori standard de păr, una din cinci culori de ochi (vezi Fig. 9).

Orez. 9. O persoană nu este asamblată ca un constructor dintr-un set de caracteristici.

În plus, organismul, pe lângă ereditate, este influențat de condițiile de mediu.

Discretența este vizibilă și în frecvențele de rezonanță: loviți ușor un pahar care stă pe masă. Vei auzi un sunet: sunetul unei anumite - rezonante pentru acest sticla - frecventa. Dacă lovitura este suficient de puternică și sticla se clătina, atunci se va clătina și cu o anumită frecvență (vezi Fig. 10).

Orez. 10. Lovitură puternică la sticlă

Dacă este cu apă, de-a lungul ei vor merge cercuri, suprafața apei va oscila cu o frecvență care rezonează pentru această apă dintr-un pahar (vezi Fig. 11).

Orez. 11. Pahar plin cu apă

În acest sistem, în exemplul nostru a fost un pahar cu apă, oscilațiile nu au loc la nicio frecvență, ci doar la anumite - iarăși discretitate.

Chiar și apa, în timp ce curge de la robinet într-un figur, o considerăm continuă, iar când începe să picure - discret. Da, nu credem că picăturile sunt indivizibile, ca moleculele, dar le considerăm individual, nu vorbim despre viteza de scurgere a apei, de exemplu, 2 ml pe secundă, dacă o picătură cade, de exemplu, în 5 secunde . Adică aplicăm un model de apă format din picături.

Înainte de aceasta, discretitatea sau cuantizarea a fost observată în materie. Max Planck a fost primul care a subliniat că și energia are această proprietate. Planck a sugerat că energia luminii este discretă, iar o parte a energiei este proporțională cu frecvența luminii. A făcut asta când a rezolvat problema radiațiilor termice. Nu avem suficiente cunoștințe pentru a înțelege această problemă, dar Planck a rezolvat-o și, cel mai important, presupunerea sa a fost confirmată experimental.

Ipoteza lui Planck este următoarea: energia moleculelor și atomilor care vibrează nu ia niciuna, ci doar anumite anumite valori. Aceasta înseamnă că în timpul radiației, energia moleculelor și atomilor radianți se modifică în salturi. În consecință, lumina nu este emisă continuu, ci în unele porțiuni, pe care le-a numit Planck cuante(vezi fig. 12).

Orez. 12. Cuante de lumină

Ipoteza lui Planck a fost dovedită prin descoperirea și explicarea efectului fotoelectric: acesta este fenomenul de emisie de electroni de către o substanță sub acțiunea luminii sau a altor radiații electromagnetice. Se întâmplă astfel: energia unui cuantum este transferată unui electron (vezi Fig. 13).

Orez. 13. Energia cuantică este transferată unui electron

Se duce pentru a smulge electronul din substanță, iar energia rămasă merge pentru a accelera electronul, intră în energia sa cinetică. Și iată ce au observat: cu cât frecvența luminii este mai mare, cu atât electronii accelerează mai repede. Aceasta înseamnă că energia unui cuantum de radiație este proporțională cu frecvența radiației. Planck a acceptat:

unde E este energia cuantică a radiației în jouli, ν este frecvența radiației în herți. Obținut prin potrivirea datelor experimentale cu teoria, coeficientul de proporționalitate este egal cu , a fost numit constanta lui Planck.

Este surprinzător că spunem: „lumina prezintă proprietățile unui flux de particule” și asociem energia acestor particule cu frecvența - o caracteristică a undei, nu a unei particule. Adică nu spunem că lumina este un flux de particule, pur și simplu aplicăm modelul, dacă ne-ar ajuta să descriem fenomenul.

Efect fotoelectric. Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric

Fenomenul efectului fotoelectric a devenit o confirmare a ipotezei cuantice, aici modelul cuantic funcționează bine.

Cum o undă poate scoate un electron din materie nu este clar. Și cu atât mai mult nu este clar de ce radiația cu o frecvență elimină un electron și cu o altă frecvență - nu. Și cum este distribuită energia radiației între electroni: va oferi radiația mai multă energie unui electron sau mai puțină energie la doi?

Folosind modelul cuantic, putem înțelege cu ușurință totul: o cuantă absorbită de energie luminoasă (foton) poate extrage doar un fotoelectron dintr-o substanță (vezi Fig. 14).

Orez. 14. Un foton elimină un fotoelectron

Dacă o cantitate de energie luminoasă nu este suficientă pentru aceasta, electronul nu este eliminat, ci rămâne în substanță (vezi Fig. 15).

Orez. 15. Electronul rămâne în materie

Excesul de energie este transferat electronului sub forma energiei cinetice a mișcării acestuia după părăsirea substanței. Și câte astfel de cuante vor fi, atât de mulți electroni vor fi afectați de ele.

Vom avea o lecție separată despre efectul fotoelectric și apoi vom vorbi despre el mai detaliat, dar deja acum vom înțelege ecuația Einstein pentru efectul fotoelectric (vezi Fig. 16).

Orez. 16. Fenomenul efectului fotoelectric

Reflectă ceea ce am spus și arată astfel:

este funcția de lucru este energia minimă care trebuie transmisă unui electron pentru ca acesta să părăsească metalul. Aceasta este o caracteristică a metalului și starea suprafeței sale.

O cantitate de energie luminoasă este cheltuită pentru a îndeplini funcția de lucru și pentru a comunica energie cinetică către electron.

Efectul fotoelectric și ecuația care îl descrie au fost utilizate pentru a deriva și a testa valoarea lui , obținută de Planck. Vedeți următorul thread pentru mai multe despre asta.

Determinarea experimentală a constantei lui Planck

Folosind ecuația Einstein, puteți determina constanta Planck, pentru aceasta trebuie să determinați experimental frecvența luminii, funcția de lucru A și energia cinetică a fotoelectronilor. S-a făcut acest lucru și s-a obținut o valoare care a coincis cu cea care a fost găsită teoretic de Planck la studierea unui fenomen complet diferit - radiația termică.

În fizică, întâlnim adesea constante (de exemplu, numărul Avogadro, punctul de fierbere al apei, constanta universală a gazelor etc.). Astfel de constante sunt inegale, printre ele există așa-zise fundamentale, pe care se construiește clădirea fizicii. Constanta lui Planck este una dintre aceste constante, pe lângă aceasta, constantele fundamentale includ viteza luminii și constanta gravitațională.

O porțiune de radiație poate fi considerată o particulă de lumină - un foton. Energia unui foton este egală cu o cuantică. În formularea problemelor, vom folosi în mod egal termenii „energie fotonică” și „cuantum de energie luminoasă”. De asemenea, aceste proprietăți ale luminii sunt numite corpusculare (corpuscul înseamnă particule).

În conformitate cu ipoteza lui Planck, energia radiației este suma fracțiilor minime, adică energia totală radiată ia valori discrete:

unde este un număr natural.

Deoarece dimensiunea porțiunii minime de energie este , atunci, de exemplu, o porțiune (sau cuantum) de radiație în intervalul roșu are o energie mai mică decât o porțiune (sau cuantum) de radiație în domeniul ultraviolet.

Să rezolvăm următoarea problemă.

Puterea de radiație a unui pointer laser cu o lungime de undă este de . Determinați numărul de fotoni emiși de indicator în 2 s.

Planck, cine l-a creat și cât de important a devenit pentru dezvoltare stiinta moderna. Se arată, de asemenea, semnificația ideii de cuantizare pentru întregul microcosmos.

Smartphone și fizica cuantică

Lumea modernă din jurul nostru este foarte diferită în tehnologie de tot ceea ce era familiar cu o sută de ani în urmă. Toate acestea au devenit posibile doar pentru că, în zorii secolului al XX-lea, oamenii de știință au depășit bariera și au înțeles în sfârșit că materia la cea mai mică scară nu este continuă. Și această eră a fost deschisă odată cu asumarea sa de către o persoană minunată - Max Planck.

Biografia lui Planck

Numit după el: una dintre constantele fizice, o ecuație cuantică, comunitatea științifică din Germania, un asteroid, un telescop spațial. Imaginea lui a fost gravată pe monede și tipărită pe timbre și bancnote. Ce fel de persoană era Max Planck? S-a născut la mijlocul secolului al XIX-lea într-o familie nobiliară germană cu mijloace modeste. Printre strămoșii săi au fost mulți avocați buni și slujitori ai bisericii. M. Planck a primit o educație bună, dar colegii fizicieni l-au numit în glumă „autodidact”. Omul de știință și-a primit cunoștințele de bază din cărți.

Ipoteza lui Planck s-a născut dintr-o presupunere pe care a făcut-o teoretic. În cariera sa științifică, a aderat la principiul „știința este pe primul loc”. În timpul Primului Război Mondial, Planck a încercat să mențină legături cu colegii străini din țările care s-au opus Germaniei. Sosirea naziștilor l-a găsit în funcția de director al unei mari comunități științifice – iar omul de știință a căutat să-și protejeze angajații, i-a ajutat pe cei care au fugit din regim să plece în străinătate. Deci ipoteza lui Planck nu a fost singurul lucru pentru care a fost respectat. Cu toate acestea, nu a vorbit niciodată în mod deschis împotriva lui Hitler, aparent realizând că nu numai că și-ar face rău, dar nu va putea să-i ajute pe cei care au nevoie. Din păcate, mulți fizicieni nu au acceptat această poziție a lui M. Planck și au încetat să mai corespondă cu el. A avut cinci copii și doar cel mai mic a supraviețuit tatălui său. Fiul cel mare a fost luat de primul, mijlocul - de al doilea Razboi mondial. Ambele fiice nu au supraviețuit nașterii. În același timp, contemporanii au remarcat că doar acasă Planck era el însuși.

Surse de cuante

De la școală, omul de știință a fost interesat de Se spune: orice proces merge doar cu o creștere a haosului și o pierdere de energie sau masă. El a fost primul care a formulat-o în acest fel - în termeni de entropie, care poate crește doar într-un sistem termodinamic. Mai târziu, această lucrare a condus la formularea celebrei conjecturi a lui Planck. El a fost și unul dintre cei care au introdus tradiția separării matematicii și fizicii, creând practic o secțiune teoretică a acesteia din urmă. Înainte de el, toate științele naturii erau amestecate, iar experimentele erau efectuate de indivizi în laboratoare care nu diferă prea mult de cele alchimice.

Ipoteza cuantică

Explorarea Entropiei undele electromagneticeîn ceea ce privește oscilatorii și pe baza datelor experimentale obținute cu două zile înainte, la 19 octombrie 1900, Planck a prezentat altor oameni de știință o formulă care avea să fie numită ulterior după el. Ea a conectat energia, lungimea de undă și temperatura radiației (în cazul limitativ pentru toată noaptea următoare, colegii săi conduși de Rubens au pus la punct experimente pentru a confirma această teorie. Și s-a dovedit a fi corect! Totuși, pentru a fundamenta teoretic ipoteza care decurge din această formulă și, în același timp, evităm complexitățile matematice precum infinitul, Planck a trebuit să admită că energia nu este emisă într-un flux continuu, așa cum se credea anterior, ci în porțiuni separate (E = hν). Această abordare a distrus toate ideile existente despre un corp solid.Ipoteza cuantică a lui Planck a revoluţionat fizica.

Consecințele cuantizării

La început, omul de știință nu și-a dat seama de importanța descoperirii sale. Pentru o vreme, formula derivată de el a fost folosită doar ca o modalitate convenabilă de a reduce numărul de operații matematice pentru calcul. În același timp, atât Planck, cât și alți oameni de știință au folosit ecuațiile continue ale lui Maxwell. Singurul lucru jenant era constanta h, căreia nu i se putea da un sens fizic. Mai târziu, doar Albert Einstein și Paul Ehrenfest, înțelegând noile fenomene ale radioactivității și încercând să găsească o justificare matematică pentru spectrele optice, și-au dat seama de importanța deplină a ipotezei lui Planck. Ei spun că raportul, la care a sunat prima dată formula, a deschis epoca fizică nouă. Einstein a fost probabil primul care i-a recunoscut începutul. Deci acesta este și meritul lui.

Ce este cuantificat

Toate statele care pot lua oricare particule elementare, sunt discrete. Un electron dintr-o capcană poate fi doar la anumite niveluri. Excitația unui atom, ca și procesul opus - emisia, are loc și în salturi. Orice interacțiune electromagnetică este un schimb de cuante ale energiei corespunzătoare. Omenirea a redus energia atomului doar datorită înțelegerii discretității.Sperăm că acum cititorii nu vor avea o întrebare, care este ipoteza lui Planck și care este influența acesteia asupra lumea modernă, ceea ce înseamnă fiecare persoană.

3. Dezvoltarea ipotezei lui Planck. Quantum de acțiune

Când și-a construit teoria radiației termice de echilibru, Planck a pornit de la presupunerea că materia este o colecție de oscilatoare electronice, prin care se face schimb de energie între materie și radiație. Un astfel de oscilator este un punct material ținut lângă poziția sa de echilibru prin forță. Mărimea acestei forțe crește proporțional cu abaterea de la poziția de echilibru, iar oscilatorul este un sistem mecanic caracterizat printr-o proprietate particulară. Această proprietate constă în faptul că frecvența de oscilație a oscilatorului nu depinde de mărimea amplitudinii acestuia.

Urmând Planck, definim cuantumul de energie al unui oscilator ca o cantitate egală cu produsul dintre frecvența acestui oscilator și o constantă. h, și să presupunem că atunci când un oscilator interacționează cu radiația, acesta poate pierde sau câștiga energie doar într-un salt, iar mărimea acestui salt este egală cu cuantumul de energie corespunzător. Dar sub această formă, ipoteza cuantizării energiei se dovedește a fi aplicabilă numai în cazul oscilatoarelor armonice. Într-adevăr, în cazul general al unui sistem a cărui frecvență de oscilație nu este constantă, ci depinde de amplitudinea oscilației, definiția introdusă a unui cuantum de energie devine ambiguă. Planck a înțeles necesitatea de a da o formulare mai generală a principiului cuantizării, aplicabilă oricăror sisteme mecanice și care să coincidă în cazul particular al unui oscilator armonic cu cel prezentat mai sus. El a raționat după cum urmează. Deoarece constanta are dimensiunea acțiunii, adică dimensiunea produsului energie și timp sau impuls pe cale, ea poate fi privită ca o cantitate elementară de acțiune, un fel de unitate de acțiune în lumea atomică. Luați în considerare acum sistem mecanic, care efectuează mișcare periodică și este caracterizată de o singură variabilă, să zicem, un sistem format dintr-o particulă, care efectuează mișcare periodică de-a lungul unei linii drepte. Pentru un astfel de sistem, se poate calcula integrala de acțiune după Maupertuis, care coincide cu integrala de acțiune, care apare în principiul celei mai mici acțiuni, luată pe întreaga perioadă de mișcare.

Această valoare este o anumită caracteristică a mișcării periodice. Cerând ca acesta să fie egal cu produsul unui întreg și constanta lui Planck, obținem o nouă formulare a principiului de cuantizare aplicabil oricărei mișcări periodice unidimensionale. Este ușor de observat că în cazul particular al unui oscilator armonic acest lucru principiu nou este complet echivalent cu principiul anterior al cuantizării energiei. Pentru a da principiului de cuantizare o formă mai generală, Planck a trebuit să abandoneze ipoteza inițială de cuantizare a energiei și să o înlocuiască cu ipoteza de cuantizare a acțiunii.

Faptul că în formularea generală a principiului cuantizării apare acțiunea a fost atât firesc, cât și oarecum ciudat. Natural pentru că această mărime joacă un rol esențial în toată mecanica analitică conform principiului lui Hamilton și principiului celei mai mici acțiuni. Aceasta, la rândul său, a condus la faptul că întregul aparat al mecanicii analitice, așa cum spunea, era deja pregătit să accepte noul principiu al cuantizării. Cuantificarea acțiunii părea ciudată pentru că, cu un pur punct fizic Era greu de înțeles cum o astfel de cantitate ca o acțiune, care este destul de abstractă în natură și nu satisface direct nicio lege de conservare, poate fi o caracteristică a discretității proceselor lumii atomice.

Acțiunea este întotdeauna exprimată ca produsul anumitor cantități de natură geometrică cu cantitățile corespunzătoare de natură dinamică. Perechile acestor mărimi formează variabile conjugate canonic în mecanica analitică. Astfel, integrala care apare în principiul Maupertuis al celei mai mici acțiuni este o integrală curbilinie a impulsului de-a lungul traiectoriei. Iar un fel de acțiune discretă, exprimată prin introducerea constantei lui Planck, indică prezența unei anumite relații între spațiu și timp, pe de o parte, și fenomene dinamice pe care încercăm să le localizăm în acest spațiu și timp, pe de altă parte. . Această interrelație are un caracter complet nou, absolut străin de conceptele fizicii clasice. Și aici constă semnificația profundă și revoluționară a ideilor pe care Planck le-a pus la baza teoriei radiației de echilibru a unui corp negru.

Planck a pornit de la presupunerea că materia poate emite radiații nu continuu, ci numai în porțiuni finite separate. Acest lucru, totuși, nu implică o presupunere clară cu privire la caracterul discret al structurii radiațiilor. Puteți construi două diverse teorii, bazat pe două ipoteze opuse cu privire la natura absorbției radiațiilor de către materie. Primul, poate mai consistent și ulterior recunoscut universal, se bazează pe presupunerea că elementele materiei, cum ar fi oscilatoarele electronice, pot fi doar în astfel de stări de mișcare care corespund valorilor cuantificate ale energiei. Rezultă direct de aici că atât emisia, cât și absorbția radiației pot avea loc numai în porțiuni discrete, sau cuante. Aceasta, la rândul său, implică în mod necesar afirmația că structura radiației este discretă.

Confuz de această consecință de neînțeles a propriilor idei, Planck a încercat multă vreme să dezvolte o altă formă, mai puțin radicală, de teorie cuantică, în care doar emisia de radiații era discretă, în timp ce absorbția rămânea continuă. Se credea că materia poate absorbi continuu radiația incidentă asupra ei, dar o poate emite doar discret, în cuante separate. Este ușor de înțeles scopul pe care l-a urmărit Planck. El a încercat să apere și să păstreze vechea idee a naturii continue a radiațiilor, deoarece părea că numai în acest caz teoria cuantică nu va contrazice teoria undelor, care fusese confirmată în mod repetat în numeroase și foarte precise experimente.

Cu toate acestea, cu toată ingeniozitatea pe care Planck a pus-o în dezvoltarea acestei forme de teorie cuantică, aceasta a fost infirmată de evoluțiile ulterioare ale fizicii și, în special, de explicația lui Einstein asupra efectului fotoelectric și de succesul teoriei atomului lui Bohr.

Din cartea Revoluția în fizică autorul de Broglie Louis

5. Principiul celei mai mici acțiuni Ecuații de dinamică punct materialîn domeniul forțelor cu potențial se poate obține pe baza principiului, care în termeni generali se numește principiul Hamilton, sau principiul acțiunii staționare. Conform acestui principiu, dintre toate

Din cartea Fulger și tunet autor Stekolnikov, I S

2. Teoria radiației corpului negru. Cuantumul de acțiune al lui Planck Începutul dezvoltării teoriei cuantice a fost stabilit de lucrările lui Max Planck privind teoria radiației corpului negru datând din 1900. O încercare de a construi o teorie a radiației corpului negru bazată pe legile fizicii clasice a condus la

Din cartea Interesant despre cosmogonie autor Tomilin Anatoly Nikolaevici

Din cartea Mișcarea. Căldură autor Kitaygorodsky Alexander Isaakovich

III. Acțiuni produse de fulger 1. Cât de des apare fulgerul? Furtunile nu apar la fel peste tot pe pământ.În unele locuri calde, tropicale, furtunile apar pe tot parcursul anului - aproape în fiecare zi. În alte locuri situate în regiunile nordice apar furtuni

Din cartea Istoria laserului autor Bertolotti Mario

Căderea ipotezei nebulare Începutul atacului Amintiți-vă că raționamentul lui P. Laplace a început cu o listă de trăsături sistem solar. Apoi a construit o ipoteză care, după cum i s-a părut, explica cel mai bine toate aceste trăsături. Dar cu ei au început

Din cartea Cine a inventat fizica modernă? De la pendulul lui Galileo la gravitația cuantică autor Gorelik Ghenadi Efimovici

Ultima împingere și prăbușirea ipotezei nebulare Până în 1900, în ipoteza nebulară a lui Laplace se acumulaseră atât de multe contradicții, încât a devenit evident că era timpul să o înlocuim! Cu toate acestea, pentru căderea sa finală a fost nevoie de un impuls. Ceea ce era nevoie era un fapt că, fiind totul

Din cartea Problema atomică de Ren Philip

Ipoteze, ipoteze, ipoteze... Ipoteza lui K. Weizsacker. Anul 1943 a început din nefericire pentru naziștii Reichului: „Rușii sunt încă în defensivă”, au spus ei la sediu. Dar domnii generali știau asta trupele sovietice nu numai apărat. „Distrus”, conform convingerii

Din cartea 6. Electrodinamica autor Feynman Richard Phillips

Factorul de eficiență Cu ajutorul diferitelor mașini, puteți face ca sursele de energie să facă diferite lucrări - ridicați sarcini, mutați mașini, transportați mărfuri și oameni Puteți calcula cantitatea de energie investită în mașină și valoarea primită de la aceasta

Din cartea Quantum. Einstein, Bohr și marea controversă despre natura realității de Kumar Manjit

Legea lui Planck Situația teoretică este descrisă după cum urmează. Când X. Rubens și soția sa au vizitat Planck duminică, 7 octombrie 1900, el i-a spus lui Planck despre măsurătorile la lungimi de undă de până la 50 de microni, pe care le făcuse împreună cu F. Kurlbaum la Institutul din Berlin. Aceste

Din cartea autorului

Recunoașterea ipotezei lui Bohr Ne putem întreba cum a apărut teoria lui Bohr. Rutherford, căruia Bohr i-a trimis manuscrisul pentru publicare, l-a înaintat prestigioasei Reviste filosofice engleze. A sugerat că el a susținut-o, chiar dacă atunci când Bor

Din cartea autorului

Din cartea autorului

Alpha, Beta, Gamow și „Noua Criză a Teoriei Cuantice” Formația de jazz s-a despărțit în esență în 1928, când o pisică neagră a alergat între doi mușchetari, iar al treilea - Georgy Gamow - a plecat în Europa. A intrat la universitate înaintea prietenilor săi, a absolvit mai devreme și s-a dus la

Din cartea autorului

Capitolul II Principiul de funcționare a bombelor nucleare Amintind unele informatii generale din zonă fizica nucleara, putem trece la o prezentare a principiului de funcționare a bombelor nucleare.Toate bombe nucleareîmpărțit în două grupuri mari: bombe bazate pe reacția de fisiune, numite uneori

Din cartea autorului

II. Protecția împotriva efectelor dăunătoare ale bombelor nucleare 1. Protecție împotriva radiațiilor luminoase.Cea mai fiabilă protecție împotriva radiațiilor luminoase nu trebuie luată prin surprindere de un fulger. Am spus deja că radiația luminoasă se propagă în linie dreaptă și

Din cartea autorului

CAPITOLUL 19 ULTIMUL PRINCIPI DE ACȚIUNE Adăugarea după lectură Când eram la școală, profesorul nostru de fizică, pe nume Bader, m-a sunat la o zi după curs și mi-a spus: „Arăți de parcă te-ai săturat teribil de toate; asculta ceva interesant

Din cartea autorului

PARTEA I. Quantum Pe scurt, ceea ce am făcut nu poate fi descris decât ca un act de disperare Max Planck Aveam senzația că pământul alunecă de sub picioarele mele, nu aveam unde să văd pe ce mă puteam baza, pe care mă ar putea construi ceva .Albert Einstein

Lumea din jurul nostru astăzi este radical diferită ca tehnologie de tot ceea ce era obișnuit în societate cu o sută de ani în urmă. Toate acestea au devenit posibile doar pentru că, în zorii secolului al XX-lea, cercetătorii au reușit să depășească bariera și în cele din urmă să-și dea seama că orice element la cea mai mică scară nu funcționează continuu. Un om de știință talentat, Max Planck, a deschis această eră unică cu ipoteza sa.

Figura 1. Ipoteza cuantică a lui Planck. Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților

Următorii fizicieni poartă numele:

• una dintre teoriile fizice
• comunitatea științifică din Germania,
• ecuația cuantică,
• asteroid,
• crater pe lună
• telescop spațial modern.

Imaginea lui Planck a fost imprimată pe bancnote și în relief pe monede. O personalitate atât de remarcabilă, cu presupunerile sale, a fost capabilă să cucerească societatea și să devină un om de știință recunoscut în timpul vieții sale.

Max Planck s-a născut la mijlocul secolului al XIX-lea într-o familie germană săracă obișnuită. Strămoșii săi au fost slujitori ai bisericii și buni avocați. Educatie inalta fizicianul a devenit destul de bun, dar colegii cercetători l-au numit în glumă „autodidact”. El a dobândit cunoștințe cheie prin obținerea de informații din cărți.

Formarea teoriei lui Planck

Ipoteza lui Planck s-a născut din conceptele pe care le dedusese inițial teoretic. În lucrările sale științifice, el a încercat să descrie principiul „știința este cea mai importantă”, iar în timpul Primului Război Mondial, omul de știință nu a pierdut conexiuni importante cu colegii străini din micile țări germane. Sosirea neașteptată a naziștilor l-a găsit pe Planck în funcția de șef al unui mare grup științific – iar cercetătorul a căutat să-și protejeze colegii, să-și ajute angajații să plece în străinătate și să scape de regim.

Deci teoria cuantică a lui Planck nu a fost singurul lucru pentru care a fost respectat. Este de remarcat faptul că omul de știință nu și-a exprimat niciodată părerea cu privire la acțiunile lui Hitler, realizând evident că el ar putea face rău nu numai lui, ci și celor care aveau nevoie de ajutorul lui. Din păcate, mulți reprezentanți ai lumii științifice nu au acceptat poziția lui Planck și au încetat complet corespondența cu el. A avut cinci copii și doar cel mai mic a supraviețuit tatălui său. În același timp, contemporanii subliniază că numai acasă fizicianul era el însuși - o persoană sinceră și corectă.

Încă din tinerețe, omul de știință a fost implicat în studiul principiilor termodinamicii, care afirmă că orice proces fizic merge exclusiv cu o creștere a haosului și o scădere a masei sau masei.

Observație 1

Planck este primul care a formulat corect definiția unui sistem termodinamic (din punct de vedere al entropiei, care poate fi observată doar în acest concept).

Mai târziu, asta munca stiintifica a condus la binecunoscuta conjectura a lui Planck. De asemenea, a reușit să separe fizica și matematica prin dezvoltarea unei secțiuni matematice cuprinzătoare. Înainte de talentatul fizician, toate științele naturii aveau rădăcini mixte, iar experimentele au fost efectuate la nivel elementar de către singuri în laboratoare.

Ipoteza cuantică

Explorând entropia undelor electrice și magnetice în ceea ce privește oscilatorii și bazându-se pe date științifice, Planck a prezentat publicului și altor oameni de știință o formulă universală, care mai târziu avea să fie numită după creatorul său.

Noua ecuație conectată între ele:

• lungime de undă;
• energia și saturația acțiunii câmpului electromagnetic;
• temperatura radiației luminoase, care era destinată în mare măsură materiei absolut negre.

După prezentarea oficială a acestei formule, colegii lui Planck, sub conducerea lui Rubens, au pus la punct experimente de câteva zile pentru a confirma științific această teorie. Ca urmare, s-a dovedit a fi absolut corect, dar pentru a fundamenta teoretic ipoteza care decurge din această ecuație și, în același timp, a evita dificultățile matematice, omul de știință a trebuit să admită că energie electromagnetică emis în porțiuni separate, și nu într-un flux continuu, așa cum se credea anterior. Această metodă a distrus în cele din urmă toate ideile existente despre un corp fizic solid. Teoria cuantică a lui Planck a revoluționat fizica.

Contemporanii cred că inițial cercetătorul nu și-a dat seama de semnificația descoperirii sale. De ceva timp, ipoteza pe care a prezentat-o ​​a fost folosită doar ca o soluție convenabilă pentru reducerea numărului de formule matematice de calcul. În același timp, Planck, ca și colegii săi, a folosit ecuațiile continue ale lui Maxwell în munca lor.

Cercetatorii au fost confuzi doar de constanta $h$, care nu putea capata un sens fizic. Abia mai târziu, Paul Ehrenfest și Albert Einstein, studiind cu atenție noile fenomene ale radioactivității și studiind fundamentele matematice ale spectrelor optice, au reușit să înțeleagă întreaga importanță a teoriei lui Planck. Se știe că raportul științific, la care a fost anunțată pentru prima dată formula de cuantizare a energiei, a deschis era noii fizici.

Utilizări ale teoriei lui Planck

Observația 2

Datorită legii lui Planck, publicul a primit un argument serios în favoarea așa-numitei ipoteze Big Bang, care explică expansiunea și apariția universului ca urmare a unei explozii puternice cu temperatură extrem de ridicată.

Se crede că în primele etape ale formării sale, Universul nostru a fost complet umplut cu un fel de radiație, a cărei proprietate spectrală ar trebui să coincidă cu radiația unui corp negru.

De atunci, lumea sa extins și apoi sa răcit la temperatura actuală. Adică, radiația care se propagă în prezent în Univers ar trebui să fie similară ca compoziție cu radiația alfa a materiei negre cu o anumită temperatură. În 1965, Wilson a descoperit această radiație la o lungime de undă magnetică de 7,35 cm, care cade constant pe planeta noastră cu aceeași energie în absolut toate direcțiile. Curând a devenit clar că acest fenomen nu putea decât să emită corp negru care a apărut după Big Bang. Indicatorii de măsurare finali indică faptul că temperatura substanței specificate astăzi este de 2,7 K.

Aplicarea teoriei radiațiilor termice și electromagnetice poate explica procesele care ar însoți explozie nucleara(așa-numita „iarnă atomică”). O explozie puternică va ridica mase colosale de funingine și praf în straturile superioare ale aerului. Fiind cel mai apropiat lucru de un corp negru, funinginea absoarbe complet aproape toată radiația solară, se încălzește până la limita maximă și apoi emite radiații în ambele direcții.

Ca urmare, doar jumătate din radiația care vine de la Soare lovește Pământul, deoarece a doua jumătate va fi direcționată în direcția opusă planetei. Potrivit oamenilor de știință, temperatura medie a Pământului va scădea cu 50 K (aceasta este temperatura sub punctul de îngheț al apei).

Lumea din jurul nostru astăzi este radical diferită ca tehnologie de tot ceea ce era obișnuit în societate cu o sută de ani în urmă. Toate acestea au devenit posibile doar pentru că, în zorii secolului al XX-lea, cercetătorii au reușit să depășească bariera și în cele din urmă să-și dea seama că orice element la cea mai mică scară nu funcționează continuu. Un om de știință talentat, Max Planck, a deschis această eră unică cu ipoteza sa.

Figura 1. Ipoteza cuantică a lui Planck. Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților

Următorii fizicieni poartă numele:

• una dintre teoriile fizice
• comunitatea științifică din Germania,
• ecuația cuantică,
• asteroid,
• crater pe lună
• telescop spațial modern.

Imaginea lui Planck a fost imprimată pe bancnote și în relief pe monede. O personalitate atât de remarcabilă, cu presupunerile sale, a fost capabilă să cucerească societatea și să devină un om de știință recunoscut în timpul vieții sale.

Max Planck s-a născut la mijlocul secolului al XIX-lea într-o familie germană săracă obișnuită. Strămoșii săi au fost slujitori ai bisericii și buni avocați. Fizicianul a primit o educație superioară destul de bună, dar colegii de cercetare l-au numit în glumă „autodidact”. El a dobândit cunoștințe cheie prin obținerea de informații din cărți.

Formarea teoriei lui Planck

Ipoteza lui Planck s-a născut din conceptele pe care le dedusese inițial teoretic. În lucrările sale științifice, el a încercat să descrie principiul „știința este cea mai importantă”, iar în timpul Primului Război Mondial, omul de știință nu a pierdut conexiuni importante cu colegii străini din micile țări germane. Sosirea neașteptată a naziștilor l-a găsit pe Planck în funcția de șef al unui mare grup științific – iar cercetătorul a căutat să-și protejeze colegii, să-și ajute angajații să plece în străinătate și să scape de regim.

Deci teoria cuantică a lui Planck nu a fost singurul lucru pentru care a fost respectat. Este de remarcat faptul că omul de știință nu și-a exprimat niciodată părerea cu privire la acțiunile lui Hitler, realizând evident că el ar putea face rău nu numai lui, ci și celor care aveau nevoie de ajutorul lui. Din păcate, mulți reprezentanți ai lumii științifice nu au acceptat poziția lui Planck și au încetat complet corespondența cu el. A avut cinci copii și doar cel mai mic a supraviețuit tatălui său. În același timp, contemporanii subliniază că numai acasă fizicianul era el însuși - o persoană sinceră și corectă.

Încă din tinerețe, omul de știință a fost implicat în studiul principiilor termodinamicii, care afirmă că orice proces fizic merge exclusiv cu o creștere a haosului și o scădere a masei sau masei.

Observație 1

Planck este primul care a formulat corect definiția unui sistem termodinamic (din punct de vedere al entropiei, care poate fi observată doar în acest concept).

Mai târziu, această lucrare științifică a dus la crearea binecunoscutei ipoteze a lui Planck. De asemenea, a reușit să separe fizica și matematica prin dezvoltarea unei secțiuni matematice cuprinzătoare. Înainte de talentatul fizician, toate științele naturii aveau rădăcini mixte, iar experimentele au fost efectuate la nivel elementar de către singuri în laboratoare.

Ipoteza cuantică

Explorând entropia undelor electrice și magnetice în ceea ce privește oscilatorii și bazându-se pe date științifice, Planck a prezentat publicului și altor oameni de știință o formulă universală, care mai târziu avea să fie numită după creatorul său.

Noua ecuație conectată între ele:

• lungime de undă;
• energia și saturația acțiunii câmpului electromagnetic;
• temperatura radiației luminoase, care era destinată în mare măsură materiei absolut negre.

După prezentarea oficială a acestei formule, colegii lui Planck, sub conducerea lui Rubens, au pus la punct experimente de câteva zile pentru a confirma științific această teorie. Ca urmare, s-a dovedit a fi absolut corect, dar pentru a fundamenta ipoteza care decurge teoretic din această ecuație și, în același timp, pentru a evita dificultățile matematice, omul de știință a trebuit să admită că energia electromagnetică este emisă în porțiuni separate, și nu în un flux continuu, așa cum se credea anterior. Această metodă a distrus în cele din urmă toate ideile existente despre un corp fizic solid. Teoria cuantică a lui Planck a revoluționat fizica.

Contemporanii cred că inițial cercetătorul nu și-a dat seama de semnificația descoperirii sale. De ceva timp, ipoteza pe care a prezentat-o ​​a fost folosită doar ca o soluție convenabilă pentru reducerea numărului de formule matematice de calcul. În același timp, Planck, ca și colegii săi, a folosit ecuațiile continue ale lui Maxwell în munca lor.

Cercetatorii au fost confuzi doar de constanta $h$, care nu putea capata un sens fizic. Abia mai târziu, Paul Ehrenfest și Albert Einstein, studiind cu atenție noile fenomene ale radioactivității și studiind fundamentele matematice ale spectrelor optice, au reușit să înțeleagă întreaga importanță a teoriei lui Planck. Se știe că raportul științific, la care a fost anunțată pentru prima dată formula de cuantizare a energiei, a deschis era noii fizici.

Utilizări ale teoriei lui Planck

Observația 2

Datorită legii lui Planck, publicul a primit un argument serios în favoarea așa-numitei ipoteze Big Bang, care explică expansiunea și apariția universului ca urmare a unei explozii puternice cu temperatură extrem de ridicată.

Se crede că în primele etape ale formării sale, Universul nostru a fost complet umplut cu un fel de radiație, a cărei proprietate spectrală ar trebui să coincidă cu radiația unui corp negru.

De atunci, lumea sa extins și apoi sa răcit la temperatura actuală. Adică, radiația care se propagă în prezent în Univers ar trebui să fie similară ca compoziție cu radiația alfa a materiei negre cu o anumită temperatură. În 1965, Wilson a descoperit această radiație la o lungime de undă magnetică de 7,35 cm, care cade constant pe planeta noastră cu aceeași energie în absolut toate direcțiile. Curând a devenit clar că acest fenomen ar putea fi emis doar de un corp negru care a apărut după Big Bang. Indicatorii de măsurare finali indică faptul că temperatura substanței specificate astăzi este de 2,7 K.

Aplicarea teoriei radiațiilor termice și electromagnetice poate explica procesele care ar însoți o explozie nucleară (așa-numita „iarnă atomică”). O explozie puternică va ridica mase colosale de funingine și praf în straturile superioare ale aerului. Fiind cel mai apropiat lucru de un corp negru, funinginea absoarbe complet aproape toată radiația solară, se încălzește până la limita maximă și apoi emite radiații în ambele direcții.

Ca urmare, doar jumătate din radiația care vine de la Soare lovește Pământul, deoarece a doua jumătate va fi direcționată în direcția opusă planetei. Potrivit oamenilor de știință, temperatura medie a Pământului va scădea cu 50 K (aceasta este temperatura sub punctul de îngheț al apei).