Quantum Plank hipotézis
1. Bevezetés
A fizika forradalma egybeesett a huszadik század elejével. Végére a XIX században a tudósok úgy vélték, hogy a teremtés a fizikai kép a világ majdnem kész, és a következő generációs tudósok csak adja meg a tizedes a fizikai állandók.
Lord Kelvin (1. ábra): "A fizika felett világos ég van, a fizika minden törvénye már nyitva van, csak két felhő maradt".
Ábra. 1. Lord Kelvin
Kelvin szerint az első ilyen felhő az elektromágneses hullámok szaporítása vákuumban állandó sebességgel, bármilyen közeg nélkül. Öt évvel később megjelent Einstein relativitáselmélete. Ez az elmélet arra késztette minket, hogy megváltoztassuk a hely és az idő idejét, amelyben élünk.
A második felhő Kelvin szerint a fűtött testek sugárzási spektruma. Ha a test magas hõmérsékletû, akkor a látható sugárzás forrásává válhat. A nehézség az volt, hogy az elméleti fizika nem tudta megmagyarázni egy fűtött test sugárzási spektrumát. A huszadik század elején E nehézség leküzdése, a hősugárzás fűtött szervek kapott magyarázatot a magyarázat, egy új mezőt a fizika - kvantummechanika.
Az angol tudósok, a Raleigh és a Jeans megpróbálták egyesíteni a hősugárzás törvényeit. Ez a törvény nagyon jól megerősítette a kísérleti adatokat, de csak a sárga és zöld sugarak kibocsátási spektrumának középső részéhez igazodott. Amikor a kék, lila és ultraibolya sugár irányába elmozdult, ezt a törvényt megsértették.
A Rayleigh-Jeans törvényből következik, hogy minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a hősugárzás intenzitása (2. ábra). Semmi ilyen jellegzetességet nem tapasztaltak kísérletileg. És a rövid hullámok felé való áttérésnél az intenzitásnak mindenképpen növekednie kellett, korlátlanul, de ez nem történhet meg.
Ábra. 2. A Rayleigh-Jeans-törvény
Nem, és a hullámok intenzitásának korlátlan növekedése nem lehetséges. Ha bármilyen fizikai jog vezet a "korlátlan" szóhoz - ez az összeomlás.
A fizikusok ezt a helyzetet nevezték ki, ultraviolet katasztrófát teremtettek.
A XIX. Század végén a fizikusok nem tudták azt feltételezni, hogy ez nem egy bizonyos sugárvédelmi törvénynek, hanem katasztrófa volt a klasszikus fizika felosztásának.
1896 óta Max Planck (3. ábra) érdeklődik a testek hősugárzási problémáit illetően. Minden olyan hőtest, amely hőt bocsát ki elektromágneses sugárzással. Ha a test elég meleg, akkor ez a sugárzás láthatóvá válik.
Ábra. 3. Max Planck
Amikor a hőmérséklet emelkedik, a test forróvá válik, majd narancssárga színűvé válik, és végül fehér színű (4-6. Ábra).
Ábra. 4. A fekete test sugárzásának színe
Ábra. 5. Színes fekete-sugárzás
Ábra. 6. A fekete test sugárzásának színe
A Maxwell elektromágnesesség ismételten ellenőrzött törvényei nem alkalmazhatók rövid hullámokra. Ez meglepő, mivel ezek a törvények tökéletesen leírják a rádióhullámok antenna általi terjedését.
E jogszabályok alapján az elektromágneses hullámok létezését előre jelezték.
Maxwell elektrodinamikája értelmetlen következtetésre vezetett: az elektromágneses hullámok állandó emissziójának köszönhetően a fűtött testnek nullára kellett hűlnie.
A klasszikus fizika szempontjából az anyag és a sugárzás közötti hőegyensúly nem létezhet. A tapasztalat azt mutatja, hogy egy fűtött test nem költ energiát az elektromágneses hullámok sugárzására.
1900-ban Max Planck előállt egy kvantum hipotézis.
A fűtött test a fényt nem folyamatosan bocsátja ki és elnyeli, hanem bizonyos finom energia-kvantumrészek (kvantum (latin kvantum) -mennyiség).
Az egyes részek energiája közvetlenül arányos a sugárzási frekvenciával.
Az univerzális lemez (h) állandó univerzális mennyiség.
A különböző színű kvantumok energiája más jelentéssel bír (7. ábra).
Ábra. 7. A quanta energiája
A fényáram energiáját a sugárzási frekvencia és a kvantumszám határozza meg az áramlásban.
Az új elmélet kifejtette a kísérleti adatokat.
A Max Planck-formula lehetővé teszi az elektromágneses vizsgálat kvantumának különböző jellemzőit.
Megoldjuk a problémát (8-10. Ábra):
A fény látható részének legnagyobb hullámhossza megfelel a piros színnek (760 nm).
Ábra. 9. Az 1. feladat megoldása
a képletben lévő számok helyettesítve kapjuk az eredményt:
Ábra. 10. Az 1. feladat megoldása
Nézzünk meg még egy problémát (11-12. Ábra):
Ábra. 11. 2. feladat
Ábra. 12. A 2. probléma megoldása
A sugárzás típusának meghatározásához elektromágneses skála szükséges (13. ábra):
Ábra. 13. Elektromágneses lépték
A válasz röntgen.
A Planck felfedezése után egy új és legmodernebb fizikai elmélet, a kvantumelmélet kezdett fejlődni. Fejlesztése ma is folytatódik.