Ультрафиолетовая катастрофа

И гений, парадоксов друг...

А. Пушкин

О чем может поведать почтовая марка, сюжет которой очень лаконичен – только одна строчная латинская буква «h»?

Можно ли нагреть тело до бесконечно большой температуры? Ответ на такой вопрос искали британские ученые Рэлей (полное имя – Джон Уильям Стретт, третий барон Рэлей, Лорд Рэлей) и Джеймс Джинс.

Открытый ими закон классической физики утверждал, что для абсолютно черного тела энергия (температура) может меняться непрерывно от нуля до бесконечности, а ее мощность растет с уменьшением длины волны. Но как показали эксперименты, в области ультрафиолетового спектра, мощность достигала своего максимума и переставала расти.

Объяснить этот парадокс несоответствия теории и практики классическая физика не могла. Ученые назвали это явление ультрафиолетовой катастрофой или катастрофой Рэлея-Джинса.

Выход из сложившейся ситуации нашел Макс Планк, немецкий ученый, который считал, что в физике существует только то, что можно измерить.

Чтобы правильно описать тепловое излучение и согласовать теорию с экспериментом, была выдвинута гипотеза о том, что энергия передается только порциями. Черный ящик и формула Планка, описывающая это явление, изображена на марке Германии из серии «Европа».

Порция энергии (позже ее назовут квантом) может быть измерена через постоянную Планка, величину которую вы видите на почтовой марке Коста Рики. Здесь же на графике видны экспоненты изменения энергии с изменением длины волны теплового излучения.

Более наглядно это можно рассмотреть на приведенном ниже графике (смотрим справа налево). На длинных волнах все идет по плану – энергия растет с уменьшением длины волны. В области ультрафиолета – пик и падение. И в итоге, мощность определяется только температурой тела.

Началась эпоха квантовой физики, которая коренным образом поменяла философские подходы к изучению Природы.

Морис Де Бройль применяет формулу Планка для расчета энергии рентгеновского излучения.

Нильс Бор предлагает свою модель строения атома, где электроны движутся по круговым орбитам, и переход электрона с одной орбиты на другую происходит с поглощением (испусканием) кванта энергии hv.

Эрвин Шрёдингер утверждает, что электрон обладает волновой функций, и это состояние начинает принимать статистический, т. е. вероятностный характер.

Вольфганг Паули формулирует принцип запрета на существование двух электронов, находящихся в одном и том же квантовом состоянии.

Сам Планк, открывший квант действия, в реализации его действия участия не принимал. Ему не нравились получаемые результаты, которые 14 декабря 1900 года разрушили красоту классической физики.

Тем не менее, Планк понимал, что это неизбежно. А вот теорию относительности он принял и решительно поддержал одним из первых. Да и термин «теория относительности» принадлежит ему.

В физике есть несколько констант, которые можно считать мировыми. Действие некоторых мы можем опосредовано ощутить на себе. Одной их них, наиболее известной, является гравитационная постоянная, открытая Исааком Ньютоном. Мы ее ощущаем, как только что-то не так происходит с нашим весом.

Люди, которые чувствительны к изменению температуры и давления должны вспомнить постоянную Людвига Больцмана.

Третья константа – это скорость света в вакууме. Уже без всякого сопротивления мы воспринимаем, что свет от Солнца доходит до Земли за восемь минут. Нас вполне устраивает тот факт, что электрическая лампочка загорается или гаснет мгновенно. Первым, кто измерил эту скорость, был датский астроном Олаф Рёмер.

Четвертая постоянная – заряд электрона, открытый Джозефом Томсоном. Сам электрон остается загадочной то ли частицей, то ли электромагнитным полем. Да и «разговаривать» с ним можно только на языке математической статистики. Но что такое сила электрического тока, мы можем ощутить на себе вполне реально. И даже попробовать электрон «на вкус», прикоснувшись языком к контактам батарейки.

А вот пятую, планковскую, самую Главную Постоянную, мы практически не ощущаем, хотя наше тело тоже источник излучения тепловой энергии в инфракрасном диапазоне. Видеть это можно только с помощью тепловизора. Но как это все дозируется, загадка. Может быть, квант мы почувствуем, когда заработает квантовый Интернет?

Так почему Макс Планк Гений и почему его Постоянная самая Главная? Человечество любит рекорды.

Все это рассчитать без постоянной Планка было бы невозможно. Расчеты выполнены с точки зрения сегодняшнего дня. Поэтому будущее определяет прошлое. Можно посчитать, какая будет Вселенная завтра. Поэтому время течет назад и вперед одновременно. Появилось истинное, естественное планковское время, равное

это – время, за которое элементарная частица преодолевает планковскую длину со скоростью света.

Как тут не вспомнить Платона, который мыслил время как космическую категорию, связывал время с числом и с жизнью космоса. Платон считал, что время возникло вместе с небом.

Александр Платонов, г. Тюмень

Другие статьи автора: 

С радиацией по жизни

Коллекция без претензий

Что в имени моем тебе…

Из историии мореплавания

Все гениальное просто. Или нет?

Едут-едут по Пекину наши казаки

Созвездие кактусов

Исаак Ньютон и его яблоко

Певец русской природы

А рельсы-то, как водится, у горизонта сходятся

Мятежный «Баунти». По следам золотоносного «Оскара»

Красота и привлекательность Фибоначчи

Из истории изобретения автомобиля

Отсюдова и дотудова. Почему мы так измеряем

Первая энциклопедия математических знаний России

Вильгельм Рентген и его всепроникающие Х-лучи