Przedwiośnie fizyki kwantowej

 

          XIX wiek to przedwiośnie wielkich zmian w nauce. Elektryczność stała się motorem rozwoju nowych dziedzin. Pobudziła umysły do zajmowania się budową wszechświata. Rozwijająca się technologia umożliwiła zbudowanie  nowych narzędzi i aparatów poznawczych (pomiarowych). Za ich pomocą odkryto, że nie wszystko co się zdarza jest dotychczas poprawnie opisane i zbadane.

           Między innymi zwrócono uwagę, że ciało podgrzane emituje energię w sposób niezgodny ze stanem wiedzy. Otóż ciepło (promieniowanie) kojarzono z drganiami drobin. Energię włożoną chciano odzyskiwać w tych samych wielkościach. Tymczasem promieniowanie emitowane ujawnia się w postaci rozkładu energii (widma). Nie wiedziano wówczas nic na temat źródeł i sposobu emisji fal (elektromagnetycznych). Do badań nad emisją założono wyidealizowany model ciała doskonale czarnego.  Reprezentował on takie obiekty jak słońce, żarówka i każde podgrzane ciało.

          Gustav Kirchhoff odkrył, że natężenie promieniowania emitowanego przez dowolne ciało zależy tylko od temperatury i długości dali, nie zaś od budowy tego ciała. Wynikało tego, że natężenie promieniowania jest określone przez pewną uniwersalną funkcję.

          John Rayleigha wraz z matematykiem Jamesem Jeansem, na bazie praw klasycznej termodynamiki  zaproponowali wzór w którym natężenie światła emitowanego jest liniowo zależny od temperatury ciała i rosło wraz z częstotliwością. Propozycja ta była niesłuszna bowiem wyniki doświadczalne wskazywały, że istnieje maksimum pewnych częstotliwości reprezentatywnych w kształcie dzwonowej.

          Rozkład natężenia promieniowania opracowali w 1879 roku bracia Józef Stefan i Ludwig Boltzmannowie (prawo nazwane prawem Stefana Boltzmanna). Energia wysyłana przez ciało czarne przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu jest proporcjonalna do czwartej potęgi bezwzględnej temperatury w skali Kelwina. Rozkład ten pasował do ciał gorących (jak słońce) i chłodniejszych (jak włókno żarówki).

          Wien zaproponował rozkład empiryczny, który nie był zgodny z doświadczeniem w niższych częstotliwościach (czyli dłuższych fal).

           Max Planck po kilku nieudanych próbach (rozpoczętych w 1897 roku) zaproponował swój rozkład (zwany rozkładem Plancka), który również  był wzorem empirycznym (opracowany w oparciu o prawo Wiena). Jego postać była oparta na dopasowaniu wzoru Wiena do wyników doświadczalnych metodami prób i błędów.  Uczony stwierdził, że energia nie może być emitowana w postaci ciągłych ilościach, a jedynie w postaci kwantów (porcji):

                                                          E = h * v

gdzie v jest częstotliwością, h wprowadzona stała zwana stała Plancka.        

          Max Planck użył tą stałą do swojego rozkładu. W tym momencie narodziła się nowa nauka zwana fizyką kwantową. Stała h została zaakceptowana, ponieważ ku zaskoczeniu fizyków zapewniała zgodność teorii z wynikami doświadczalnymi różnych badań.

 

 

adres e-mail: p.porebski@onet.pl Prywatne konto bankowe SWIFT BPKOPLPW

13102026290000950200272633  https://zrzutka.pl/z/pawel1949