See artikkel selgitab, mis on Plancki hüpotees, kes selle lõi ja kui oluliseks see on muutunud kaasaegse teaduse arengu jaoks. Samuti näidatakse kvantiseerimise idee olulisust kogu mikromaailma jaoks.
Nutitelefon ja kvantfüüsika
Meid ümbritsev kaasaegne maailm erineb tehnoloogia poolest suuresti kõigest sellest, mis oli tuttav sada aastat tagasi. Kõik see sai võimalikuks ainult seetõttu, et kahekümnenda sajandi koidikul ületasid teadlased barjääri ja mõistsid lõpuks, et mateeria väikseimas mastaabis ei ole pidev. Ja selle ajastu avas tema olemusega imeline inimene – Max Planck.
Plancki elulugu
Tema järgi on nimetatud üks füüsikalisi konstante, kvantvõrrand, Saksamaa teadusringkond, asteroid, Kuu kraater, kosmoseteleskoop. Tema kujutis oli reljeefselt müntidele ja markidele ja pangatähtedele trükitud. Milline inimene oli Max Planck? Ta sündis üheksateistkümnenda sajandi keskel tagasihoidlike vahenditega Saksa aadliperekonnas. Tema esivanemate hulgas oli palju häid juriste ja kirikuteenistujaid. M. Planck sai hea hariduse, kuid kaasfüüsikud nimetasid teda naljaga pooleks "iseõppijaks". Teadlane sai oma põhiteadmised alatesraamatud.
Plancki hüpotees sündis eeldusest, mille ta tegi teoreetiliselt. Oma teadlasekarjääril järgis ta põhimõtet "teadus on esikohal". Esimese maailmasõja ajal püüdis Planck säilitada sidemeid väliskolleegidega Saksamaale vastu seisnud riikidest. Natside saabumine leidis ta suure teadusringkonna direktori koh alt - ja teadlane püüdis kaitsta oma töötajaid, aitas režiimi eest põgenejatel välismaale minna. Nii et Plancki hüpotees polnud ainus, mille eest teda austati. Kuid ta ei võtnud kunagi avalikult Hitleri vastu sõna, mõistes ilmselt, et ta mitte ainult ei kahjusta ennast, vaid ei saa ka aidata neid, kes seda vajavad. Kahjuks ei aktsepteerinud paljud füüsikud seda M. Plancki seisukohta ja lõpetasid temaga kirjavahetuse. Tal oli viis last ja ainult noorim jäi isa ellu. Vanima poja võttis esimene, keskmise - Teine maailmasõda. Mõlemad tütred ei elanud sünnitust üle. Samal ajal märkisid kaasaegsed, et ainult kodus oli Planck tema ise.
Kvantide allikad
Teadlast huvitas kooliajast peale termodünaamika teine seadus. See ütleb: iga protsess kulgeb ainult kaose suurenemise ja energia või massi kadumisega. Ta sõnastas selle esimesena nii entroopia mõttes, mis termodünaamilises süsteemis saab ainult kasvada. Hiljem viis see töö Plancki kuulsa oletuse sõnastamiseni. Ta oli ka üks neist, kes juurutas matemaatika ja füüsika lahutamise traditsiooni, luues praktiliselt viimasest teoreetilise osa. Enne tedakõik loodusteadused olid segamini ja katseid viisid läbi üksikisikud laborites, mis peaaegu ei erinenud alkeemiatest.
Kvantihüpotees
Uurides elektromagnetlainete entroopiat ostsillaatorite kaudu ja toetudes kaks päeva varem, 19. oktoobril 1900, saadud eksperimentaalsetele andmetele, esitas Planck teistele teadlastele valemi, mis hiljem tema järgi nimetati. See ühendas energia, lainepikkuse ja kiirgustemperatuuri (piiraval juhul täiesti musta keha puhul). Järgmise öö jooksul korraldasid tema kolleegid Rubensi juhtimisel selle teooria kinnitamiseks katseid. Ja tal oli õigus! Kuid selleks, et sellest valemist tulenevat hüpoteesi teoreetiliselt põhjendada ja samal ajal vältida matemaatilisi raskusi nagu lõpmatused, pidi Planck tunnistama, et energiat ei eraldu mitte pideva vooluna, nagu varem arvati, vaid eraldi portsjonitena (E=hν). See lähenemine hävitas kõik olemasolevad ideed tahke keha kohta. Plancki kvanthüpotees muutis füüsikas pöörde.
Kvantimise tagajärjed
Alguses ei mõistnud teadlane oma avastuse tähtsust. Mõnda aega kasutati tema tuletatud valemit vaid mugava viisina arvutamiseks tehtavate matemaatiliste tehtete arvu vähendamiseks. Samal ajal kasutasid nii Planck kui ka teised teadlased Maxwelli pidevaid võrrandeid. Ainus piinlik asi oli pidev h, millele ei osatud anda füüsilist tähendust. Ainult hiljemAlbert Einstein ja Paul Ehrenfest, mõistes uusi radioaktiivsuse nähtusi ja püüdes leida optiliste spektrite matemaatilist põhjendust, mõistsid Plancki hüpoteesi tähtsust. Nad ütlevad, et aruanne, kus esmakordselt esitleti energia kvantimise valemit, avas uue füüsika ajastu. Einstein oli ilmselt esimene, kes selle alguse ära tundis. Nii et see on ka tema teene.
Mis on kvantiseeritud
Kõik olekud, mida kõik elementaarosakesed võivad võtta, on diskreetsed. Lõksus olev elektron saab olla ainult teatud tasemetel. Hüpetel toimub ka aatomi ergastamine, aga ka vastupidine protsess – emissioon. Iga elektromagnetiline interaktsioon on vastava energia kvantide vahetus. Inimkond piiras aatomi energiat ainult tänu energiatasemete diskreetsuse mõistmisele. Loodame, et nüüd ei teki lugejatel küsimust, mis on Plancki hüpotees ja milline on selle mõju tänapäeva maailmale ja seega ka igale inimesele.
