Αυτό το άρθρο εξηγεί ποια είναι η υπόθεση του Planck, ποιος την δημιούργησε και πόσο σημαντική έχει γίνει για την ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης. Φαίνεται επίσης η σημασία της ιδέας της κβαντοποίησης για ολόκληρο τον μικρόκοσμο.
Smartphone και κβαντική φυσική
Ο σύγχρονος κόσμος γύρω μας είναι πολύ διαφορετικός στην τεχνολογία από όλα όσα ήταν γνωστά πριν από εκατό χρόνια. Όλα αυτά έγιναν δυνατά μόνο επειδή, στην αυγή του εικοστού αιώνα, οι επιστήμονες ξεπέρασαν το φράγμα και τελικά κατάλαβαν ότι η ύλη στη μικρότερη κλίμακα δεν είναι συνεχής. Και αυτή η εποχή άνοιξε με την υπόθεσή του ένας υπέροχος άνθρωπος - ο Μαξ Πλανκ.
βιογραφία του Planck
Μία από τις φυσικές σταθερές, μια κβαντική εξίσωση, μια επιστημονική κοινότητα στη Γερμανία, ένας αστεροειδής, ένας κρατήρας στη Σελήνη, ένα διαστημικό τηλεσκόπιο έχουν το όνομά του. Η εικόνα του ήταν ανάγλυφη σε νομίσματα και τυπώθηκε σε γραμματόσημα και χαρτονομίσματα. Τι είδους άνθρωπος ήταν ο Μαξ Πλανκ; Γεννήθηκε στα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα σε μια γερμανική ευγενική οικογένεια με μέτρια μέσα. Μεταξύ των προγόνων του ήταν πολλοί καλοί δικηγόροι και λειτουργοί της εκκλησίας. Ο Μ. Πλανκ έλαβε καλή εκπαίδευση, αλλά οι συνάδελφοί του φυσικοί τον αποκαλούσαν χαριτολογώντας «αυτοδίδακτο». Ο επιστήμονας απέκτησε τις βασικές του γνώσεις απόβιβλία.
Η υπόθεση του Planck γεννήθηκε από μια υπόθεση που έκανε θεωρητικά. Στην επιστημονική του καριέρα τήρησε την αρχή «η επιστήμη προέχει». Κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου, ο Planck προσπάθησε να διατηρήσει δεσμούς με ξένους συναδέλφους από τις χώρες που αντιτάχθηκαν στη Γερμανία. Η άφιξη των Ναζί τον βρήκε στη θέση του διευθυντή μιας μεγάλης επιστημονικής κοινότητας - και ο επιστήμονας προσπάθησε να προστατεύσει τους υπαλλήλους του, βοήθησε όσους διέφυγαν από το καθεστώς να πάνε στο εξωτερικό. Έτσι, η υπόθεση του Πλανκ δεν ήταν το μόνο πράγμα για το οποίο ήταν σεβαστός. Ωστόσο, ποτέ δεν μίλησε ανοιχτά εναντίον του Χίτλερ, συνειδητοποιώντας προφανώς ότι όχι μόνο θα έκανε κακό στον εαυτό του, αλλά δεν θα μπορούσε να βοηθήσει όσους το είχαν ανάγκη. Δυστυχώς, πολλοί φυσικοί δεν αποδέχτηκαν αυτή τη θέση του Μ. Πλανκ και σταμάτησαν να αλληλογραφούν μαζί του. Είχε πέντε παιδιά και μόνο το μικρότερο επέζησε από τον πατέρα του. Ο μεγαλύτερος γιος πήρε ο Πρώτος, ο μεσαίος - από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Και οι δύο κόρες δεν επέζησαν από τον τοκετό. Την ίδια στιγμή, οι σύγχρονοι σημείωσαν ότι μόνο στο σπίτι ο Planck ήταν ο εαυτός του.
Πηγές quanta
Από το σχολείο, ο επιστήμονας ενδιαφέρθηκε για τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Λέει: οποιαδήποτε διαδικασία πηγαίνει μόνο με αύξηση του χάους και απώλεια ενέργειας ή μάζας. Ήταν ο πρώτος που το διατύπωσε με αυτόν τον τρόπο, όσον αφορά την εντροπία, η οποία μπορεί να αυξηθεί μόνο σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Αργότερα, ήταν αυτό το έργο που οδήγησε στη διατύπωση της περίφημης εικασίας του Planck. Ήταν επίσης ένας από αυτούς που εισήγαγαν την παράδοση του διαχωρισμού των μαθηματικών και της φυσικής, δημιουργώντας ουσιαστικά ένα θεωρητικό τμήμα της τελευταίας. Πριν από αυτόνόλες οι φυσικές επιστήμες αναμειγνύονταν και πραγματοποιήθηκαν πειράματα από άτομα σε εργαστήρια που δεν διέφεραν σχεδόν καθόλου από τα αλχημικά.
Ποσοτική υπόθεση
Εξερευνώντας την εντροπία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από την άποψη των ταλαντωτών και βασιζόμενος σε πειραματικά δεδομένα που ελήφθησαν δύο ημέρες πριν, στις 19 Οκτωβρίου 1900, ο Planck παρουσίασε σε άλλους επιστήμονες έναν τύπο που αργότερα θα ονομαζόταν από αυτόν. Συνέδεσε την ενέργεια, το μήκος κύματος και τη θερμοκρασία ακτινοβολίας (στην περιοριστική περίπτωση για ένα εντελώς μαύρο σώμα). Όλο το επόμενο βράδυ, οι συνάδελφοί του, υπό τις οδηγίες του Ρούμπενς, έστησαν πειράματα για να επιβεβαιώσουν αυτή τη θεωρία. Και είχε δίκιο! Ωστόσο, για να τεκμηριώσει θεωρητικά την υπόθεση που προκύπτει από αυτόν τον τύπο και ταυτόχρονα να αποφύγει μαθηματικές δυσκολίες όπως τα άπειρα, ο Planck έπρεπε να παραδεχτεί ότι η ενέργεια δεν εκπέμπεται σε συνεχή ροή, όπως πιστεύαμε προηγουμένως, αλλά σε ξεχωριστές μερίδες (Ε.=hν). Αυτή η προσέγγιση κατέστρεψε όλες τις υπάρχουσες ιδέες για ένα συμπαγές σώμα. Η κβαντική υπόθεση του Πλανκ έφερε επανάσταση στη φυσική.
Συνέπειες της κβαντοποίησης
Στην αρχή, ο επιστήμονας δεν συνειδητοποίησε τη σημασία της ανακάλυψής του. Για λίγο, ο τύπος που εξήγαγε χρησιμοποιήθηκε μόνο ως ένας βολικός τρόπος για να μειωθεί ο αριθμός των μαθηματικών πράξεων για υπολογισμό. Ταυτόχρονα, τόσο ο Planck όσο και άλλοι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τις συνεχείς εξισώσεις του Maxwell. Το μόνο ενοχλητικό ήταν η σταθερά h, στην οποία δεν μπορούσε να δοθεί φυσικό νόημα. Αργότερα μόνοΟ Albert Einstein και ο Paul Ehrenfest, κατανοώντας νέα φαινόμενα ραδιενέργειας και προσπαθώντας να βρουν μια μαθηματική αιτιολόγηση για τα οπτικά φάσματα, συνειδητοποίησαν τη σημασία της υπόθεσης του Planck. Λένε ότι η έκθεση, στην οποία παρουσιάστηκε για πρώτη φορά ο τύπος κβαντισμού ενέργειας, άνοιξε την εποχή της νέας φυσικής. Ο Αϊνστάιν ήταν ίσως ο πρώτος που αναγνώρισε την αρχή του. Αυτό λοιπόν είναι και η αξία του.
Τι είναι κβαντοποιημένο
Όλες οι καταστάσεις που μπορούν να λάβουν οποιαδήποτε στοιχειώδη σωματίδια είναι διακριτές. Ένα ηλεκτρόνιο σε μια παγίδα μπορεί να βρίσκεται μόνο σε ορισμένα επίπεδα. Η διέγερση ενός ατόμου, καθώς και η αντίθετη διαδικασία - εκπομπή, συμβαίνει επίσης στα άλματα. Οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είναι μια ανταλλαγή κβαντών της αντίστοιχης ενέργειας. Η ανθρωπότητα περιόρισε την ενέργεια του ατόμου μόνο χάρη στην κατανόηση της διακριτικότητας των ενεργειακών επιπέδων. Ελπίζουμε ότι τώρα οι αναγνώστες δεν θα έχουν μια ερώτηση, ποια είναι η υπόθεση του Πλανκ και ποια είναι η επιρροή της στον σύγχρονο κόσμο, και επομένως σε κάθε έναν από τους ανθρώπους.
