Tento článek vysvětluje, co je Planckova hypotéza, kdo ji vytvořil a jak důležitá se stala pro rozvoj moderní vědy. Je také ukázán význam myšlenky kvantizace pro celý mikrosvět.
Smartphone a kvantová fyzika
Moderní svět kolem nás se technologiemi velmi liší od všeho, co bylo známé před sto lety. To vše bylo možné jen proto, že na úsvitu dvacátého století vědci překonali bariéru a konečně pochopili, že hmota v nejmenším měřítku není spojitá. A tuto éru otevřel jeho předpoklad úžasný člověk - Max Planck.
Planckův životopis
Je po něm pojmenována jedna z fyzikálních konstant, kvantová rovnice, vědecká komunita v Německu, asteroid, kráter na Měsíci, vesmírný dalekohled. Jeho obraz byl vyražen na mincích a vytištěn na známkách a bankovkách. Jakým člověkem byl Max Planck? Narodil se v polovině devatenáctého století v německé šlechtické rodině se skromnými poměry. Mezi jeho předky bylo mnoho dobrých právníků a duchovních církve. M. Planck získal dobré vzdělání, ale kolegové fyzici ho vtipně nazývali „samouk“. Vědec získal své základní znalosti zknihy.
Planckova hypotéza se zrodila z předpokladu, který učinil teoreticky. Ve své vědecké kariéře se držel zásady „věda je na prvním místě“. Během první světové války se Planck snažil udržovat styky se zahraničními kolegy ze zemí, které se postavily Německu. Příchod nacistů ho zastihl v pozici ředitele velké vědecké komunity – a vědec se snažil chránit své zaměstnance, pomáhal těm, kteří uprchli před režimem, odejít do zahraničí. Planckova hypotéza tedy nebyla jediná věc, pro kterou byl respektován. Nikdy však proti Hitlerovi otevřeně nevystoupil, zřejmě si uvědomoval, že nejen sobě uškodí, ale nebude moci ani pomoci těm, kteří to potřebují. Bohužel mnoho fyziků tento postoj M. Plancka nepřijalo a přestalo si s ním dopisovat. Měl pět dětí a svého otce přežilo jen to nejmladší. Nejstaršího syna vzala První, prostředního - druhá světová válka. Obě dcery porod nepřežily. Současně současníci poznamenali, že Planck byl pouze doma sám sebou.
Zdroje kvant
Od školy se vědec zajímal o druhý termodynamický zákon. Říká: jakýkoli proces probíhá pouze s nárůstem chaosu a ztrátou energie nebo hmoty. Byl první, kdo to takto formuloval, pokud jde o entropii, která se může zvyšovat pouze v termodynamickém systému. Později to byla práce, která vedla k formulaci slavné Planckovy domněnky. Byl také jedním z těch, kteří zavedli tradici oddělování matematiky a fyziky a prakticky vytvořili teoretickou část druhé. Před nímvšechny přírodní vědy byly smíšené a experimenty prováděli jednotlivci v laboratořích, které se téměř nelišily od těch alchymistických.
Kvantitativní hypotéza
Zkoumání entropie elektromagnetických vln z hlediska oscilátorů a spoléhání se na experimentální data získaná dva dny předtím, 19. října 1900, Planck předložil ostatním vědcům vzorec, který byl později pojmenován po něm. Spojovala energii, vlnovou délku a teplotu záření (v limitujícím případě pro zcela černé těleso). Během příští noci jeho kolegové pod vedením Rubense uspořádali experimenty, aby tuto teorii potvrdili. A měla pravdu! Aby však teoreticky doložil hypotézu vyplývající z tohoto vzorce a zároveň se vyhnul matematickým potížím, jako jsou nekonečna, musel Planck připustit, že energie není emitována v nepřetržitém proudu, jak se dříve myslelo, ale v oddělených částech (E=hν). Tento přístup zničil všechny dosavadní představy o pevném tělese. Planckova kvantová hypotéza způsobila revoluci ve fyzice.
Důsledky kvantizace
Zpočátku si vědec neuvědomoval důležitost svého objevu. Vzorec, který odvodil, byl chvíli používán pouze jako pohodlný způsob, jak snížit počet matematických operací pro výpočet. Zároveň Planck i další vědci používali Maxwellovy spojité rovnice. Jediné, co bylo trapné, bylo konstanta h, které nešlo dát fyzikální význam. Teprve pozdějiAlbert Einstein a Paul Ehrenfest, kteří chápali nové jevy radioaktivity a snažili se najít matematické zdůvodnění pro optická spektra, si uvědomili důležitost toho, co byla Planckova hypotéza. Říká se, že zpráva, ve které byl poprvé představen vzorec pro kvantování energie, otevřela éru nové fyziky. Einstein byl pravděpodobně první, kdo rozpoznal její začátek. Takže i toto je jeho zásluha.
Co je kvantováno
Všechny stavy, které mohou přijmout jakékoli elementární částice, jsou diskrétní. Elektron v pasti může být pouze na určitých úrovních. K excitaci atomu, stejně jako k opačnému procesu - emisi, dochází také skokově. Jakákoli elektromagnetická interakce je výměna kvant odpovídající energie. Lidstvo omezilo energii atomu pouze díky pochopení diskrétnosti energetických hladin. Doufáme, že nyní čtenáři nebudou mít otázku, co je Planckova hypotéza a jaký je její vliv na moderní svět, a tedy na každého z lidí.
