Ano ang ideya sa likod ng quantum hypothesis ni Planck? Ang quantum hypothesis ni Planck

Ang mundo sa paligid natin ngayon ay lubhang naiiba sa teknolohiya mula sa lahat ng bagay na pamilyar sa lipunan isang daang taon na ang nakalilipas. Ang lahat ng ito ay naging posible lamang dahil sa bukang-liwayway ng ikadalawampu siglo, nalampasan ng mga mananaliksik ang hadlang at sa wakas ay napagtanto: anumang elemento sa pinakamaliit na sukat ay hindi patuloy na kumikilos. At ang natatanging panahon na ito ay binuksan ng isang mahuhusay na siyentipiko, si Max Planck, sa kanyang hypothesis.

Figure 1. Ang quantum hypothesis ni Planck. Author24 - online exchange ng mga gawa ng mag-aaral

Ang mga sumusunod na physicist ay ipinangalan sa:

• isa sa mga teoryang pisikal
• pamayanang siyentipiko sa Alemanya,
• quantum equation,
• asteroid,
• bunganga sa Buwan,
• modernong teleskopyo sa kalawakan.

Ang imahe ni Planck ay naka-print sa mga banknote at naka-emboss sa mga barya. Ang gayong katangi-tanging personalidad ay nagawang talunin ang lipunan sa kanyang mga pagpapalagay at naging isang kinikilalang siyentipiko sa panahon ng kanyang buhay.

Si Max Planck ay ipinanganak noong kalagitnaan ng ikalabinsiyam na siglo sa isang ordinaryong mahirap na pamilyang Aleman. Ang kanyang mga ninuno ay mga ministro ng simbahan at mahuhusay na abogado. Ang physicist ay nakatanggap ng medyo mahusay na mas mataas na edukasyon, ngunit ang mga kapwa mananaliksik ay pabirong tinawag siyang "self-taught." Nakuha niya ang pangunahing kaalaman sa pamamagitan ng pagkuha ng impormasyon mula sa mga libro.

Pagbuo ng teorya ni Planck

Ang hypothesis ni Planck ay ipinanganak mula sa mga konsepto na orihinal niyang hinango sa teorya. Sa kanyang mga gawaing pang-agham sinubukan niyang ilarawan ang prinsipyong "ang agham ay pinakamahalaga", at sa panahon ng Unang Digmaang Pandaigdig ang siyentipiko ay hindi nawalan ng mahalagang koneksyon sa mga dayuhang kasamahan mula sa maliliit na bansa sa Alemanya. Ang hindi inaasahang pagdating ng mga Nazi ay natagpuan si Planck sa kanyang posisyon bilang pinuno ng isang malaking grupong siyentipiko - at hinangad ng mananaliksik na protektahan ang kanyang mga kasamahan, tinulungan ang kanyang mga empleyado na pumunta sa ibang bansa at makatakas mula sa rehimen.

Kaya't ang quantum theory ni Planck ay hindi lamang ang bagay kung saan siya iginagalang. Kapansin-pansin na hindi kailanman ipinahayag ng siyentipiko ang kanyang opinyon tungkol sa mga aksyon ni Hitler, malinaw na napagtanto na maaari niyang saktan hindi lamang ang kanyang sarili, kundi pati na rin ang mga nangangailangan ng kanyang tulong. Sa kasamaang palad, maraming mga kinatawan ng mundong pang-agham ang hindi tinanggap ang posisyon na ito ni Planck at ganap na tumigil sa pakikipag-ugnayan sa kanya. Nagkaroon siya ng limang anak, at tanging ang bunso lamang ang nakaligtas sa kanyang ama. Kasabay nito, binibigyang diin ng mga kontemporaryo na sa bahay lamang ang pisiko ay ang kanyang sarili - isang taos-puso at patas na tao.

Mula sa kanyang kabataan, ang siyentipiko ay kasangkot sa pag-aaral ng mga prinsipyo ng thermodynamics, na nagsasaad na ang anumang pisikal na proseso ay nagpapatuloy nang eksklusibo sa pagtaas ng kaguluhan at pagbaba sa masa o masa.

Tandaan 1

Si Planck ang unang nagbalangkas ng wastong kahulugan ng isang thermodynamic system (sa mga tuntunin ng entropy, na maaari lamang maobserbahan sa konseptong ito).

Nang maglaon, ang gawaing pang-agham na ito ang humantong sa paglikha ng sikat na hypothesis ng Planck. Nagawa rin niyang paghiwalayin ang pisika at matematika, na bumuo ng isang komprehensibong seksyon ng matematika. Bago ang mahuhusay na physicist, ang lahat ng natural na agham ay may pinaghalong ugat, at ang mga eksperimento ay isinasagawa sa elementarya ng mga indibidwal sa mga laboratoryo.

Quantum hypothesis

Sa pamamagitan ng paggalugad sa entropy ng mga electric at magnetic wave sa mga tuntunin ng mga oscillator at pagguhit sa siyentipikong ebidensya, ipinakita ni Planck sa publiko at iba pang mga siyentipiko ang isang unibersal na pormula na sa kalaunan ay ipangalan sa lumikha nito.

Ang bagong equation ay nauugnay:

• haba ng daluyong;
• enerhiya at saturation ng electromagnetic field;
• ang temperatura ng light radiation, na higit sa lahat ay inilaan para sa ganap na itim na bagay.

Matapos ang opisyal na pagtatanghal ng pormula na ito, ang mga kasamahan ni Planck, sa ilalim ng pamumuno ni Rubens, ay nagsagawa ng mga eksperimento sa loob ng ilang araw upang kumpirmahin ng siyentipiko ang teoryang ito. Bilang isang resulta, ito ay naging ganap na tama, ngunit upang patunayan ang hypothesis na theoretically na nagmula sa equation na ito at sa parehong oras ay maiwasan ang mga paghihirap sa matematika, ang siyentipiko ay kailangang aminin na ang electromagnetic energy ay ibinubuga sa magkahiwalay na mga bahagi, at hindi sa isang tuluy-tuloy na daloy, tulad ng naunang naisip. Sa wakas, sinira ng pamamaraang ito ang lahat ng umiiral na ideya tungkol sa solidong pisikal na katawan. Ang quantum theory ni Planck ay gumawa ng isang tunay na rebolusyon sa pisika.

Naniniwala ang mga kontemporaryo na sa simula ay hindi napagtanto ng mananaliksik ang kahalagahan ng kanyang pagtuklas. Sa loob ng ilang panahon, ang hypothesis na ipinakita niya ay ginamit lamang bilang isang maginhawang solusyon upang mabawasan ang bilang ng mga mathematical formula para sa pagkalkula. Kasabay nito, si Planck, tulad ng kanyang mga kasamahan, ay gumamit ng tuluy-tuloy na mga equation ni Maxwell sa kanilang trabaho.

Ang tanging bagay na nakalilito sa mga mananaliksik ay ang palaging $h$, na hindi makakuha ng pisikal na kahulugan. Nang maglaon, sina Paul Ehrenfest at Albert Einstein, na maingat na nag-aaral ng mga bagong phenomena ng radyaktibidad at nag-aaral ng matematikal na katwiran para sa optical spectra, ay nagawang maunawaan ang buong kahalagahan ng teorya ni Planck. Ito ay kilala na ang siyentipikong ulat, kung saan ang formula para sa quantizing energy ay unang inihayag, ay nagbukas ng edad ng bagong pisika.

Mga gamit ng teorya ni Planck

Tandaan 2

Salamat sa batas ni Planck, nakatanggap ang publiko ng isang malakas na argumento na pabor sa tinatawag na Big Bang hypothesis, na nagpapaliwanag sa pagpapalawak at paglitaw ng Uniberso bilang resulta ng isang malakas na pagsabog na may napakataas na temperatura.

Ito ay pinaniniwalaan na sa mga unang yugto ng pagbuo nito, ang ating Uniberso ay ganap na napuno ng isang tiyak na radiation, ang parang multo na pag-aari kung saan dapat na tumutugma sa radiation ng isang itim na katawan.

Simula noon, ang mundo ay lumawak lamang at pagkatapos ay lumamig sa kasalukuyang temperatura nito. Iyon ay, ang radiation na kasalukuyang nagpapalaganap sa Uniberso ay dapat na katulad sa komposisyon sa alpha radiation ng itim na bagay na may isang tiyak na temperatura. Noong 1965, natuklasan ni Wilson ang radiation na ito sa isang magnetic wavelength na 7.35 cm, na patuloy na bumabagsak sa ating planeta na may parehong enerhiya sa ganap na lahat ng direksyon. Sa lalong madaling panahon naging malinaw na ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay mailalabas lamang ng isang itim na katawan na lumitaw pagkatapos ng Big Bang. Ang mga panghuling tagapagpahiwatig ng pagsukat ay nagpapahiwatig na ang temperatura ng sangkap na ito ngayon ay 2.7 K.

Ang aplikasyon ng teorya ng thermal at electromagnetic radiation ay maaaring ipaliwanag ang mga proseso na sasamahan ng nuclear explosion (ang tinatawag na "atomic winter"). Ang isang malakas na pagsabog ay magtataas ng napakalaking masa ng soot at alikabok sa itaas na mga layer ng hangin. Bilang ang pinakamalapit na bagay sa isang itim na katawan, ang soot ay ganap na sumisipsip ng halos lahat ng solar radiation, umiinit hanggang sa pinakamataas na limitasyon, at pagkatapos ay naglalabas ng radiation sa magkabilang direksyon.

Bilang resulta, kalahati lamang ng radiation na nagmumula sa Araw ang tumama sa Earth, dahil ang pangalawang kalahati ay ididirekta sa tapat na direksyon mula sa planeta. Ayon sa mga kalkulasyon ng mga siyentipiko, ang average na temperatura ng Earth ay bababa ng 50 K (ito ay isang temperatura sa ibaba ng nagyeyelong punto ng tubig).

Ang hypothesis ni Planck tungkol sa light quanta. Ang formula ni Planck sa Physics grade 9

Paksa: Ang hypothesis ni Planck tungkol sa light quanta. Ang formula ni Planck.

Layunin ng aralin: ulitin ang materyal na sakop sa paksang “Thermal radiation. Ganap na itim na katawan" at ihanda ang mga mag-aaral para sa pagsubok;

ipakilala sa mga mag-aaral ang Hypothesis ng light quanta ni Planck. pormula ni Planck;

itaguyod ang pagsasama-sama ng nakuhang kaalaman;

matutong ilapat ang nakuhang kaalaman sa quantum theory sa paglutas ng mga problema;

bumuo ng nagbibigay-malay na aktibidad ng mga mag-aaral sa tulong ng mga problemang tanong at makasaysayang materyal.

pagwawasto at pag-unlad:

itaguyod ang kakayahang makilala ang makabuluhan at makabuluhang mga parameter;

pagpapabuti ng panandaliang pagsasaulo at mabilis na pagpaparami ng mga imahe ng memorya.

alamin: Ang hypothesis ni Planck tungkol sa light quanta. Ang formula ni Planck.

Magagawang: ilapat ang kaalaman sa quantum theory sa paglutas ng mga problema.

Uri ng aralin: pinagsamang aralin.

Sa panahon ng mga klase

Yugto ng organisasyon /Mga Gawain: Magbigay ng normal na kapaligiran sa pagtatrabaho sa simula ng aralin, ihanda ang mga mag-aaral para sa komunikasyon, ang kakayahang makinig at makinig

Pagbubuo ng mga layunin ng aralin kasama ng mag-aaral. Paglalahad ng pangkalahatang layunin ng aralin at plano nito

Yugto ng pagsuri sa pagkumpleto ng takdang-aralin. / Mga gawain: Kilalanin ang mga puwang sa kaalaman at pamamaraan ng aktibidad ng mga mag-aaral at tukuyin ang mga dahilan para sa kanilang paglitaw

Pangharap na survey (5 min)

Anong uri ng radiation ang tinatawag na thermal?

/Ang paglabas ng mga electromagnetic wave ng isang katawan dahil sa panloob na enerhiya nito ay tinatawag na thermal radiation/

Itim talaga ang katawan...

/Ang isang katawan na, sa anumang temperatura na hindi sinisira ito, ganap na sumisipsip ng lahat ng enerhiya ng liwanag ng anumang dalas na insidente dito, ay tinatawag na ganap na itim na katawan/

Ano ang equilibrium radiation?

Bakit, ayon sa klasikal na electrodynamics, inaalis ng mga alon ang lahat ng enerhiya ng thermal motion mula sa mga particle?

Ultraviolet na kalamidad...

Pagsubok sa mga mag-aaral (6 min)

Yugto ng asimilasyon ng bagong kaalaman

/Mga Gawain: Tiyakin ang pagdama, pag-unawa at pangunahing pagsasaulo ng materyal

Gumawa ng sama sama: Pagtalakay ng mga isyu sa mga pangkat na sinusundan ng kanilang pagtatanggol

Ang kontradiksyon na lumitaw sa pagitan ng teorya ni Maxwell at pang-eksperimentong data?

Ang Kapanganakan ng Quantum Theory; ang solusyong iminungkahi ni M. Planck?

Ang hypothesis ni Planck

Mga pangunahing katangian ng photon

/Ang mga batas ng electromagnetism na nakuha ni Maxwell ay hindi maipaliwanag ang hugis ng intensity distribution curve sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan. Habang lumalayo ka sa halagang ito, unti-unting bumababa ang intensity ng electromagnetic radiation.

Ang electrodynamics ni Maxwell ay humantong sa walang kabuluhang konklusyon na ang isang pinainit na katawan, na patuloy na nawawalan ng enerhiya dahil sa radiation ng mga electromagnetic wave, ay dapat lumamig sa absolute zero, na sumasalungat sa batas ng konserbasyon ng enerhiya. Ayon sa klasikal na teorya, ang thermal equilibrium sa pagitan ng matter at radiation ay imposible. Gayunpaman, ang pang-araw-araw na karanasan ay nagpapakita na sa katotohanan ay walang katulad nito. Ang isang pinainit na katawan ay hindi ginugugol ang lahat ng enerhiya nito na nagpapalabas ng mga electromagnetic wave. /

Sa pagsisikap na malampasan ang mga paghihirap ng klasikal na teorya sa pagpapaliwanag ng radiation ng itim na katawan, sa taglagas ng 1900, na inihambing ang lahat ng mga resulta na nakuha sa oras na iyon, nagawa ni M. Planck na "hulaan" ang isang pormula na ganap na tumutugma sa eksperimentong kurba. Upang makuha ang pormula na ito, kailangan niyang isakripisyo ang mga klasikal na konsepto at isipin na ang enerhiya ng radiation ay binubuo ng magkahiwalay na maliliit at hindi mahahati na bahagi - quanta.

Nagsisimula ang pagsilang ng quantum theory

Ang solusyon na iminungkahi ni M. Planck?

Ulat sa M. Planck.

Itinuro ni M. Planck ang paraan sa paglabas ng mga paghihirap na nakatagpo ng teorya ng thermal radiation, pagkatapos nito ay nagsimulang umunlad ang isang modernong pisikal na teorya, na tinatawag na quantum physics

Sa pagsisiyasat sa mga isyu ng paglabas ng liwanag, ang pisisistang Aleman na si M. Planck (1858-1947) ay naglalagay ng ideya na ang paglabas ng liwanag ay hindi nangyayari nang tuluy-tuloy, tulad ng sumusunod mula sa teorya ng alon ng liwanag, ngunit sa magkahiwalay na bahagi - quanta (mula sa Latin na "quantum" - dami, masa ), o, sa madaling salita, mga photon.

Ito ay lumabas na ang mga phenomena na nauugnay sa paglabas at pagsipsip ng liwanag ng bagay ay maipaliwanag lamang sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang na ang light radiation ay isang stream ng quanta. Ngunit ang mga phenomena na nauugnay sa pagpapalaganap ng liwanag sa anumang daluyan ay ganap na ipinaliwanag lamang sa tulong ng electromagnetic theory ng liwanag.

Nangangahulugan ito na ang likas na katangian ng liwanag ay dalawahan, na alinman sa corpuscular o wave theory ay hindi maaaring ilarawan at ipaliwanag nang tama ang lahat ng mga katangian ng light radiation, at na para dito ay dapat lumikha ng isang bagong teorya batay sa pag-iisa ng corpuscular at wave. mga teorya. Ang nasabing bagong teorya ay ang quantum theory ng liwanag, na nilikha ng mga gawa ni M. Planck, A. Einstein, N. Bohr at iba pa.

Ang hypothesis ni Planck

Ayon sa quantum theory, ang liwanag ay ibinubuga ng mga atomo at molekula ng bagay sa isang nasasabik na estado. Humigit-kumulang 10 -8 s pagkatapos ng paggulo, ang atom ay pumapasok sa isang mas matatag na estado, na nagpapalabas ng inilabas na enerhiya sa anyo ng isang photon sa kapaligiran. Ang enerhiya ng isang quantum ay nakasalalay sa pagbabago ng enerhiya ng atom sa panahon ng paglipat sa isang mas matatag na estado at ipinahayag ng formula ng Planck: , kung saan ang dalas ng mga oscillations sa electromagnetic radiation na ibinubuga ng atom, h ay ang pare-pareho ng Planck , katumbas ng . Kaya, ang enerhiya ng isang quantum ay proporsyonal sa dalas ng electromagnetic radiation o, sa isang vacuum, inversely proportional sa wavelength. Dahil dito, mas maikli ang wavelength ng liwanag sa isang vacuum, mas malaki ang enerhiya ng quanta nito, at vice versa.

Kaya, ang liwanag na radiation sa ilang mga kaso ay binibigkas ang mga katangian ng alon, at sa iba pa - mga katangian ng corpuscular (wave-corpuscle dualism).

Napagtibay ng karanasan na ang isang photon ay umiiral lamang sa proseso ng paggalaw at palaging may bilis na katumbas ng . Kapag huminto, nawawala ang photon, i.e. wala itong rest mass. Ipinapakita nito ang pagkakaiba sa pagitan ng mga photon at electron, proton at iba pang mga particle ng bagay.

Ang liwanag ay ibinubuga at hinihigop ng bagay na hindi tuloy-tuloy, ngunit sa magkahiwalay na bahagi - quanta.

Bukod dito, ang enerhiya ng naturang quantum ay tinutukoy ng halaga E = h·ν, h - pare-pareho ng Planck.

Ayon sa modernong datos, h = 6.626·10 -34 J·s.

Gayunpaman, sa oras na iyon ay walang direktang eksperimentong ebidensya ng pagkakaroon ng radiation quanta. Bilang resulta, ang ideya ni Planck ay itinuturing ng karamihan sa mga pisiko bilang isang "matalinong panlilinlang" na walang seryosong siyentipikong batayan.

Matapos ang pagtuklas ni Planck, nagsimula ang isang bago, pinakamoderno at malalim na teoryang pisikal - ang teoryang quantum. Ang pag-unlad nito ay hindi pa tapos hanggang ngayon.

Ang mga hypotheses ng M. Planck at A. Einstein ay hindi lamang radikal na nagbago ng lahat ng mga klasikal na ideya tungkol sa electromagnetic radiation bilang isang proseso ng pag-alon, ngunit ginawang posible upang mahulaan ang pagkakaroon ng isang panimula na bagong elementarya. Ang particle na ito ng electromagnetic radiation, na tinatawag na photon (mula sa salitang Griyego na nangangahulugang "liwanag"), ay aktwal na umiiral sa kalikasan, na sa lalong madaling panahon ay nakumpirma sa maraming mga eksperimento.

Nagtapos si Planck: ang mga batas ng classical physics ay ganap na hindi naaangkop sa mga phenomena ng microworld!!!

Paano natukoy ang pare-pareho ni Planck?

Mula sa karanasan ng pamamahagi ng enerhiya ng thermal radiation sa spectrum h = 6.63 10 –34 J s

Kailan unang natuklasan ang quantum properties ng matter?

Ang quantum properties ng matter ay unang natuklasan sa panahon ng pag-aaral ng radiation at pagsipsip ng liwanag nina Hertz at Stoletov.

Ngunit ito ang paksa ng ating susunod na aralin.

Ang hypothesis ni Planck - 1900 – ang mga atom ay naglalabas ng electromagnetic energy

E = h ν sa mga bahagi - dami

Quantum physics PHOTON

Ang totoong microparticle, electromagnetic radiation ay binubuo ng mga ito

1. E = h ν 4. m 0 = 0 ( kapayapaan, i.e. hindi siya nagpapahinga)

   q = 0 5. p = mc = h/ λ E =mc 2

   υ = c = 3*10 8 m/c m f = hν/c 2

Ilista ang mga pangunahing katangian ng photon

1) Ay isang particle ng isang electromagnetic field. Madaling lumitaw at madaling mawala

2) Walang rest mass (m0 = 0 – walang mga nakatigil na photon)

3) Gumagalaw sa bilis ng liwanag

4) Imposibleng ihinto ang isang photon

5) Ang photon ay hindi nahahati sa mga bahagi. Ito ay ibinubuga, sinasalamin, na-refracte, nasisipsip lamang nang buo

6) ang photon impulse ay nakadirekta kasama ang light beam, na nagpapahiwatig ng koneksyon sa pagitan ng corpuscular at wave properties ng liwanag

р – momentum ng butil; λ – haba ng daluyong; ν – dalas; ito ang mga katangian ng alon

Ang photon ay isang ultrarelativistic particle; sa isang vacuum, ang bilis ng liwanag ay υ = c = 3 10 8 m/s

Ang photon mass ay dapat isaalang-alang bilang isang field mass dahil sa ang katunayan na ang electromagnetic field ay may enerhiya. Imposibleng sukatin ang masa ng isang photon.

Paano at bakit ang liwanag ay ibinubuga at hinihigop ng bagay na hindi tuloy-tuloy, ngunit sa magkahiwalay na bahagi - quanta.

Pagbubuod ng mga intermediate na resulta.

Ang yugto ng pagsuri sa pag-unawa at pagsasama-sama ng bagong materyal ng mga mag-aaral ng bagong materyal

/ Mga gawain: Itatag ang kawastuhan at kamalayan ng pinag-aralan na materyal. Tiyakin na ang mga mag-aaral ay mananatili sa kanilang memorya ng kaalaman at mga pamamaraan ng pagkilos na kailangan nila upang independiyenteng magtrabaho sa bagong materyal

Pangkatang gawain

Mga pangkatang takdang-aralin (paglutas ng problema)

Bumuo ng pamantayan para sa pagsusuri ng pagganap ng trabaho

Pagbubuod ng mga intermediate na resulta.

Impormasyon sa mga mag-aaral tungkol sa takdang-aralin, mga tagubilin kung paano ito kumpletuhin

/Mga Gawain: Magbigay ng pag-unawa sa mga layunin, nilalaman at pamamaraan ng pagsasagawa ng gawain

Takdang aralin: § 48, (ehersisyo blg. 38)

Yugto ng buod ng aralin

/Mga Gawain: Magbigay ng de-kalidad na feedback sa klase at indibidwal na mga mag-aaral.

Tapos na ang lesson namin. Sa palagay ko ay hindi ito walang kabuluhan para sa iyo, at maaalala mo ang mahahalagang bagay na sinabi sa klase ngayon.

Ang kontradiksyon na lumitaw sa pagitan ng teorya ni Maxwell at pang-eksperimentong data?

Pagtalakay sa isyu sa isang pangkat na sinundan ng pagtatanggol

Ang Kapanganakan ng Quantum Theory; ang solusyong iminungkahi ni M. Planck?

Pagtalakay sa isyu sa isang pangkat na sinundan ng pagtatanggol

Ang hypothesis ni Planck

Pagtalakay sa isyu sa isang pangkat na sinundan ng pagtatanggol

Mga pangunahing katangian ng isang photon

Planck, na siyang lumikha sa kanya at kung gaano siya kahalaga para sa pag-unlad ng modernong agham. Ang kahalagahan ng ideya ng quantization para sa buong microworld ay ipinapakita din.

Smartphone at quantum physics

Ang modernong mundo sa paligid natin ay ibang-iba sa teknolohiya mula sa lahat ng bagay na pamilyar isang daang taon na ang nakalilipas. Ang lahat ng ito ay naging posible lamang dahil sa bukang-liwayway ng ikadalawampu siglo, nalampasan ng mga siyentipiko ang hadlang at sa wakas ay naunawaan: ang bagay sa pinakamaliit na sukat ay hindi tuloy-tuloy. At ang panahong ito ay binuksan ng isang kahanga-hangang tao - si Max Planck.

Talambuhay ni Planck

Ang isa sa mga pisikal na constant, isang quantum equation, ang siyentipikong komunidad sa Germany, isang asteroid, at isang teleskopyo sa kalawakan ay ipinangalan sa kanya. Ang kanyang imahe ay naka-emboss sa mga barya at naka-print sa mga selyo at banknotes. Anong uri ng tao si Max Planck? Ipinanganak siya noong kalagitnaan ng ikalabinsiyam na siglo sa isang mahirap na pamilyang marangal na Aleman. Sa kanyang mga ninuno ay maraming magagaling na abogado at mga ministro ng simbahan. Si M. Planck ay nakatanggap ng isang mahusay na edukasyon, ngunit ang mga kapwa physicist ay pabirong tinawag siyang "self-taught." Natanggap ng siyentipiko ang kanyang pangunahing kaalaman mula sa mga libro.

Ang hypothesis ni Planck ay ipinanganak mula sa isang palagay na siya ay nagmula sa teorya. Sa kanyang pang-agham na karera, sumunod siya sa prinsipyo ng "science comes first." Noong Unang Digmaang Pandaigdig, sinubukan ni Planck na mapanatili ang mga koneksyon sa mga dayuhang kasamahan mula sa mga bansang kaaway ng Germany. Ang pagdating ng mga Nazi ay natagpuan siya sa posisyon ng direktor ng isang malaking komunidad na pang-agham - at hinangad ng siyentipiko na protektahan ang kanyang mga empleyado at tinulungan ang mga tumakas sa rehimeng pumunta sa ibang bansa. Kaya't ang hypothesis ni Planck ay hindi lamang ang bagay kung saan siya ay iginagalang. Gayunpaman, hindi siya hayagang nagsalita laban kay Hitler, na tila napagtanto na hindi lamang niya sasaktan ang kanyang sarili, ngunit hindi rin niya matutulungan ang mga nangangailangan nito. Sa kasamaang palad, maraming mga physicist ang hindi tinanggap ang posisyon na ito ni M. Planck at tumigil sa pakikipag-ugnayan sa kanya. Mayroon siyang limang anak, at tanging ang bunso lamang ang nakaligtas sa kanyang ama. Ang panganay na anak na lalaki ay kinuha ng Unang Digmaang Pandaigdig, ang gitna ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig. Ang dalawang anak na babae ay hindi nakaligtas sa panganganak. Kasabay nito, nabanggit ng mga kontemporaryo na sa bahay lamang si Planck ay ang kanyang sarili.

Pinagmumulan ng quanta

Mula sa paaralan, ang siyentista ay interesado dito. Sinasabi nito: anumang proseso ay nangyayari lamang sa pagtaas ng kaguluhan at pagkawala ng enerhiya o masa. Siya ang unang nagbalangkas nito nang eksakto tulad nito - sa mga tuntunin ng entropy, na maaari lamang tumaas sa isang thermodynamic system. Nang maglaon, ang gawaing ito ang humantong sa pagbabalangkas ng sikat na hypothesis ng Planck. Isa rin siya sa mga nagpakilala ng tradisyon ng paghihiwalay ng matematika at pisika, na halos lumilikha ng teoretikal na seksyon ng huli. Bago sa kanya, ang lahat ng mga natural na agham ay halo-halong, at ang mga eksperimento ay isinasagawa ng mga indibidwal sa mga laboratoryo na halos hindi naiiba sa mga alchemical.

Quantum hypothesis

Ang paggalugad sa entropy ng mga electromagnetic wave sa mga tuntunin ng mga oscillator at umaasa sa pang-eksperimentong data na nakuha dalawang araw na mas maaga, noong Oktubre 19, 1900, ipinakita ni Planck sa ibang mga siyentipiko ang pormula na sa kalaunan ay ipangalan sa kanya. Kaugnay nito ang enerhiya, wavelength at temperatura ng radiation (sa limitadong kaso para sa All the next night, ang kanyang mga kasamahan sa pamumuno ni Rubens ay nagsagawa ng mga eksperimento upang kumpirmahin ang teoryang ito. At ito ay naging tama! Gayunpaman, upang theoretically patunayan ang hypothesis na nagmumula sa pormula na ito at sa parehong oras ay maiwasan ang mga kumplikadong matematika tulad ng mga infinity, kinailangan ni Planck na aminin na ang enerhiya ay hindi ibinubuga sa isang tuluy-tuloy na stream, tulad ng naunang naisip, ngunit sa magkahiwalay na mga bahagi (E = hν). lahat ng umiiral na ideya tungkol sa isang solidong katawan. Binago ng quantum hypothesis ni Planck ang physics.

Mga kahihinatnan ng quantization

Sa una, hindi napagtanto ng siyentipiko ang kahalagahan ng kanyang pagtuklas. Sa loob ng ilang panahon, ang formula na nakuha niya ay ginamit lamang bilang isang maginhawang paraan upang bawasan ang bilang ng mga operasyong matematikal para sa pagkalkula. Kasabay nito, ang parehong Planck at iba pang mga siyentipiko ay gumamit ng tuluy-tuloy na mga equation ng Maxwell. Ang tanging bagay na nakalilito sa akin ay ang patuloy na h, na hindi maaaring bigyan ng pisikal na kahulugan. Nang maglaon, tanging sina Albert Einstein at Paul Ehrenfest, na nauunawaan ang mga bagong phenomena ng radyaktibidad at nagsisikap na makahanap ng isang mathematical na batayan para sa optical spectra, ang nakaunawa sa kahalagahan ng kung ano ang hypothesis ni Planck. Sinabi nila na ang ulat kung saan ipinakita ang formula sa unang pagkakataon ay nagbukas ng panahon ng bagong pisika. Si Einstein ay marahil ang unang nakilala ang mga simula nito. Kaya ito rin ang kanyang merito.

Ano ang quantized

Ang lahat ng mga estado na maaaring ipalagay ng anumang elementarya na particle ay discrete. Ang isang nakulong na elektron ay maaari lamang nasa ilang antas. Ang paggulo ng isang atom, tulad ng kabaligtaran na proseso - paglabas, ay nangyayari din sa mga pagtalon. Anumang electromagnetic na pakikipag-ugnayan ay isang pagpapalitan ng quanta ng kaukulang enerhiya. Nagamit lamang ng sangkatauhan ang enerhiya ng atom salamat sa pag-unawa sa discreteness. Umaasa kami na ngayon ang mga mambabasa ay hindi magkakaroon ng tanong tungkol sa kung ano ang hypothesis ni Planck, at kung ano ang epekto nito sa modernong mundo, at samakatuwid sa bawat isa sa mga tao.

3. Pagbuo ng hypothesis ni Planck. Dami ng aksyon

Nang itayo ang kanyang teorya ng equilibrium thermal radiation, nagpatuloy si Planck mula sa pagpapalagay na ang matter ay isang koleksyon ng mga electronic oscillator, kung saan ang enerhiya ay ipinagpapalit sa pagitan ng matter at radiation. Ang nasabing oscillator ay isang materyal na punto na hawak malapit sa posisyon ng ekwilibriyo nito sa pamamagitan ng puwersa. Ang magnitude ng puwersang ito ay tumataas sa proporsyon sa paglihis mula sa posisyon ng balanse, at ang oscillator ay isang mekanikal na sistema na nailalarawan sa pamamagitan ng isang kakaibang katangian. Ang ari-arian na ito ay namamalagi sa katotohanan na ang dalas ng mga oscillator oscillations ay hindi nakasalalay sa magnitude ng amplitude nito.

Kasunod ng Planck, tinukoy namin ang dami ng enerhiya ng isang oscillator bilang isang halaga na katumbas ng produkto ng dalas ng oscillator na ito at isang pare-pareho. h, at ipagpalagay na kapag ang isang oscillator ay nakikipag-ugnayan sa radiation, maaari itong mawala o makakuha ng enerhiya lamang sa isang pagtalon, at ang magnitude ng pagtalon na ito ay katumbas ng katumbas na dami ng enerhiya. Ngunit sa form na ito, ang hypothesis ng quantization ng enerhiya ay lumalabas na naaangkop lamang sa kaso ng mga harmonic oscillator. Sa katunayan, sa pangkalahatang kaso ng isang sistema na ang dalas ng oscillation ay hindi pare-pareho ngunit nakasalalay sa amplitude ng oscillation, ang ipinakilala na kahulugan ng isang quantum ng enerhiya ay nagiging malabo. Naunawaan ni Planck ang pangangailangang magbigay ng mas pangkalahatang pormulasyon ng prinsipyo ng quantization, na naaangkop sa anumang mekanikal na sistema at tumutugma sa partikular na kaso ng isang harmonic oscillator sa ibinigay sa itaas. Katwiran niya ay ang mga sumusunod. Dahil ang isang pare-pareho ay may dimensyon ng pagkilos, iyon ay, ang dimensyon ng produkto ng enerhiya sa pamamagitan ng oras o ang dami ng paggalaw sa pamamagitan ng isang landas, maaari itong ituring bilang isang elementarya na dami ng aksyon, isang uri ng yunit ng pagkilos sa atomic mundo. Isaalang-alang natin ngayon ang isang mekanikal na sistema na nagsasagawa ng panaka-nakang paggalaw at nailalarawan sa pamamagitan lamang ng isang variable, halimbawa, isang sistema na binubuo ng isang particle na nagsasagawa ng pana-panahong paggalaw sa ilang tuwid na linya. Para sa gayong sistema, posibleng kalkulahin ang integral ng aksyon ayon kay Maupertuis, na kasabay ng integral ng aksyon na lumilitaw sa prinsipyo ng hindi bababa sa aksyon, na kinuha sa buong panahon ng paggalaw.

Ang dami na ito ay isang tiyak na katangian ng pana-panahong paggalaw. Sa pamamagitan ng pag-aatas na ito ay katumbas ng produkto ng isang integer at ang pare-pareho ng Planck, nakakakuha kami ng bagong pormulasyon ng prinsipyo ng quantization, na naaangkop sa anumang one-dimensional na periodic motion. Madaling makita na sa partikular na kaso ng isang harmonic oscillator ang bagong prinsipyong ito ay ganap na katumbas ng nakaraang prinsipyo ng quantization ng enerhiya. Upang bigyan ng mas pangkalahatang anyo ang prinsipyo ng quantization, kinailangan ni Planck na iwanan ang orihinal na hypothesis ng quantization ng enerhiya at palitan ito ng hypothesis ng quantization ng aksyon.

Ang katotohanan na lumilitaw ang aksyon sa pangkalahatang pagbabalangkas ng prinsipyo ng quantization ay parehong natural at medyo kakaiba. Natural dahil ang dami na ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa lahat ng analytical mechanics ayon sa prinsipyo ni Hamilton at ang prinsipyo ng hindi bababa sa pagkilos. Ito naman, ay humantong sa katotohanan na ang buong apparatus ng analytical mechanics ay, kumbaga, handa na tanggapin ang bagong prinsipyo ng quantization. Ang quantization ng aksyon mismo ay tila kakaiba dahil mula sa isang purong pisikal na pananaw ay mahirap maunawaan kung paano ang isang bilang ng isang aksyon, na medyo abstract na kalikasan at hindi direktang nakakatugon sa anumang mga batas sa konserbasyon, ay maaaring kumatawan sa isang katangian ng ang discreteness ng mga proseso sa atomic world.

Ang aksyon ay palaging ipinahayag bilang produkto ng ilang partikular na dami ng isang geometric na kalikasan sa pamamagitan ng kaukulang dami ng isang dinamikong kalikasan. Ang mga pares ng mga dami na ito ay bumubuo ng canonically conjugate variable sa analytical mechanics. Kaya, ang integral na lumilitaw sa prinsipyo ng Maupertuis na hindi bababa sa pagkilos ay isang curvilinear integral ng momentum kasama ang isang tilapon. At ang isang uri ng discreteness ng aksyon, na ipinahayag sa pamamagitan ng pagpapakilala ng pare-pareho ng Planck, ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang tiyak na relasyon sa pagitan ng espasyo at oras, sa isang banda, at ang mga dinamikong phenomena na sinusubukan nating i-localize sa espasyo at oras na ito, sa Yung isa. Ang relasyon na ito ay isang ganap na bagong kalikasan, ganap na dayuhan sa mga konsepto ng klasikal na pisika. At ito ang malalim at rebolusyonaryong kahalagahan ng mga ideyang inilatag ni Planck bilang batayan para sa teorya ng equilibrium black body radiation.

Nagpatuloy si Planck mula sa pag-aakala na ang bagay ay hindi makapagpapalabas ng radiation nang tuluy-tuloy, ngunit sa magkahiwalay na mga bahagi lamang. Ito, gayunpaman, ay hindi nangangailangan ng isang hindi malabo na palagay tungkol sa discreteness ng istraktura ng radiation. Posibleng bumuo ng dalawang magkaibang teorya, batay sa dalawang magkasalungat na pagpapalagay tungkol sa likas na katangian ng pagsipsip ng radiation sa pamamagitan ng bagay. Ang una, marahil mas pare-pareho at kasunod na nakakuha ng unibersal na pagkilala, ay batay sa pagpapalagay na ang mga elemento ng bagay, halimbawa mga electronic oscillator, ay maaari lamang nasa mga estado ng paggalaw na tumutugma sa mga quantized na halaga ng enerhiya. Kaagad na sumusunod mula dito na ang parehong paglabas at pagsipsip ng radiation ay maaaring mangyari lamang sa mga indibidwal na bahagi, o quanta. Ito, sa turn, ay kinakailangang nangangailangan ng isang pahayag tungkol sa discreteness ng istraktura ng radiation.

Nalilito sa hindi maintindihan na kahihinatnan ng kanyang sariling mga ideya, sinubukan ni Planck sa mahabang panahon na bumuo ng isa pa, hindi gaanong radikal na anyo ng teorya ng quantum, kung saan ang paglabas lamang ng radiation ay discrete, habang ang pagsipsip ay nanatiling tuluy-tuloy. Ito ay pinaniniwalaan na ang materya ay maaaring patuloy na sumisipsip ng radiation incident dito, ngunit maaari lamang itong maglabas ng discretely, sa magkahiwalay na quanta. Madaling maunawaan ang layunin na hinabol ni Planck. Sinubukan niyang protektahan at panatilihin ang nakaraang ideya ng patuloy na likas na katangian ng radiation, dahil tila sa kasong ito lamang ang teorya ng quantum ay hindi sasalungat sa teorya ng alon, na paulit-ulit na nakumpirma sa marami at napakatumpak na mga eksperimento.

Gayunpaman, sa kabila ng lahat ng katalinuhan na inilagay ni Planck sa pagbuo ng form na ito ng quantum theory, ito ay pinabulaanan ng kasunod na pag-unlad ng physics at, sa partikular, ng paliwanag ni Einstein sa photoelectric effect at ang tagumpay ng atomic theory ni Bohr.

5. Prinsipyo ng hindi bababa sa pagkilos Ang mga equation para sa dinamika ng isang materyal na punto sa isang larangan ng mga puwersa na may potensyal ay maaaring makuha batay sa prinsipyo, na sa pangkalahatan ay tinatawag na prinsipyo ni Hamilton, o ang prinsipyo ng nakatigil na pagkilos. Ayon sa prinsipyong ito, sa lahat