В 1900 году Макс Планк решил проблему излучения "черного тела" (которое Макс фон Лауэ назвал ещё "вакуумом Кирхгофа"), открыв "квант действия". И так уж получилось, что решение оказалось буквально-таки глобальным. Откуда взялась вся эта важность и чем так ценно открытие? Давайте попробуем разобраться.
Не знаю, стоит ли напоминать основы, но думаю, что будет не лишним. Просто скольких я учеников опрашивал, формулировку абсолютно чёрного тела запоминают все. Абсолютно чёрным телом в физике называют тело, которое поглощает все падающее на него излучение. А вот теперь внимательно! Есть интересное следствие:
Если абсолютно чёрное тело находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой, оно не только поглощает излучение, но и само его излучает. Это требование закона сохранения энергии.
Теперь ещё важнее. Абсолютно чёрное тело, излучая эту энергию, должно ещё иметь и собственный цвет. Ведь по сути любой цвет мы видим по той причине, что длина волны, которая меняется в зависимости от множества параметров, соответствует нашему восприятию цвета. Что уже слегка нелогично. В качестве примера можно выбрать раскалённый уголь в печке - он красный, однако он поглощает падающее на него излучение, в чем легко убедиться посветив на него чем-либо.
В преобладающей модели времен Планка, колеблющийся атом или молекула делят свою энергию поровну между всеми возможными длинами волн излучения. Это значит, что горячее тело должно испускать сразу все возможные варианты излучений. Формируется этакая радуга. Эта модель объективно неправильная. Горячая печка не облучает руку рентгеновским излучением и это позволяет полагать, что, как минимум, этой длины волны в пакете излучения просто нет. Так как тогда всё это увязать?
Эмпирические изыскания позволили предположить, что с ростом частоты спектральная плотность излучения неограниченно возрастает, так что полная излучённая энергия оказывается бесконечно велика. Это, вроде как, уравновешивает спор, ведь теперь любое количество излучения, поглощенного объектом, будет и поглощено. Но при этом получается, что в какой-то момент должно испускаться несуществующее в природе коротковолновое излучение. Полученный вывод получил в физике название "ультрафиолетовой катастрофы".
Так как тогда ввести всё в разумные рамки и ещё установить какую-то зависимость, определяющую тип излучения в зависимости от температуры?
Планк выдвинул тут гипотезу, что электромагнитное излучение излучается и
поглощается только дискретными порциями (квантами). Сам Планк на тот момент сказал, что пытался найти хоть какой-то способ уравновесить математически здравый смысл и наблюдаемые явления, подобрав под этот математический алгоритм. По факту это высказывание Планка подтверждает вечное недовольство моих уважаемых комментаторов на тему так называемой математической физики. Уж если сам Планк признает, что искал какой-то лайфхак для решения, то наверное и правда есть тут место спекуляциям.
Но внезапно, идея оказалась рабочей! Он ввел константу, которая связывала энергию абсолютно черного тела с его излучением. Константа обозначает сколько энергии нужно потратить, чтобы излучить определенное "количество света". При этом сама энергия излучается только лишь пакетами или квантами. Кванты стандартизированы.
Этот подход позволил определить сколько энергии нужно для излучения с обозначенными параметрами. При этом показатели не зашкаливают и не уходят в бесконечность и всё это дополнительно ограниченно квантами или пакетами. Это позволило отказаться от идеи распределения излучения по всем имеющимся уровням и ориентироваться на связь энергии и параметра волны.
Но, сам того не зная, Планк открыл дверь в новое измерение. Выяснилось, что практически всё поддаётся логике квантования. В том числе и механическая энергия. По сути так появилась квантовая физика.
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта! Там самое интересное по теме.
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект! И не забывайте нажать на ДЗЕН-колокол 🔔