Επιδιώκοντας να εξηγήσει τη φύση του φωτός, ο σκωτσέζος επιστήμονας James Clerk Maxwell (1831-1879) πρότεινε τη θεωρία ότι το φως θα αποτελούσε Ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Έτσι, τα διαφορετικά ορατά (χρώματα) και αόρατα (ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ, υπεριώδες, υπέρυθρες, μικροκύματα και ραδιοκύματα) θα μπορούσαν να διακριθούν με το μήκος κύματος και διαφορετικές συχνότητες.
Το μήκος κύματος είναι η απόσταση δύο διαδοχικών κορυφών σε ένα κύμα και αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό γράμμα λάμδα «λ». Η συχνότητα (f) είναι ο αριθμός ταλαντώσεων του ηλεκτρομαγνητικού κύματος ανά δευτερόλεπτο. Αυτές οι δύο ποσότητες είναι αντιστρόφως ανάλογες, όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο υψηλότερη είναι η συχνότητα και η ενέργεια της ακτινοβολίας.
Αυτός ο τρόπος μελέτης και κατανόησης του φωτός εξήγησε πολλά φαινόμενα, όπως τον τρόπο με τον οποίο διαδόθηκε.
Ωστόσο, υπήρχαν ορισμένες πτυχές που αυτή η θεωρία δεν εξήγησε, με κύρια το χρώμα που εκπέμπουν ορισμένα αντικείμενα όταν θερμάνθηκαν. Κάθε αντικείμενο που βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου απεικονίζεται επειδή αντανακλά την ακτινοβολία σε μια συγκεκριμένη συχνότητα και σε ένα ορισμένο μήκος κύματος που αντιστοιχεί στο χρώμα του (ορατό φως). Ωστόσο, στην περίπτωση αντικειμένων που βρίσκονται σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, δεν αντανακλούν κανένα φως που τους έχει πέσει, αλλά εκπέμπουν το δικό τους φως σε επαρκή ένταση για να μπορέσουμε να τα απεικονίσουμε.
Για παράδειγμα, ο σίδηρος αλλάζει χρώμα καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του. Γίνεται κόκκινο πρώτα, έπειτα κίτρινο, μετά λευκό και σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες το λευκό γίνεται ελαφρώς μπλε.
Στη μελέτη αυτού του φαινομένου, οι επιστήμονες μέτρησαν την ένταση της ακτινοβολίας σε κάθε μήκος κύματος και επανέλαβαν τις μετρήσεις για ένα εύρος διαφορετικών θερμοκρασιών. Ο Γερμανός φυσικός Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) ανακάλυψε ότι αυτή εκπέμπει ακτινοβολία εξαρτάται απλώς από τη θερμοκρασία, όχι από το υλικό.
Ένα αντικείμενο που ενεργεί με αυτόν τον τρόπο έγινε γνωστό από τους επιστήμονες ως μαύρο σώμα. Αυτός όχι Ονομάζεται έτσι λόγω του χρώματος, καθώς δεν είναι απαραιτήτως σκοτεινό, αντίθετα, συχνά λάμπει λευκό. Αυτό το όνομα προέρχεται από το γεγονός ότι το αντικείμενο δεν ευνοεί την απορρόφηση ή την εκπομπή ενός μήκους κύματος, από καιρό το λευκό αντανακλά όλα τα χρώματα (ορατή ακτινοβολία σε διάφορα μήκη κύματος), το μαύρο δεν αντανακλά κανένα χρώμα. Το μαύρο σώμα απορροφά όλη την ακτινοβολία που πέφτει πάνω του.
Έτσι, όταν οι επιστήμονες προσπάθησαν να εξηγήσουν τους νόμους της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος, τα δεδομένα που ελήφθησαν πειραματικά αποδείχθηκαν ασυμβίβαστα με τη θεωρία του Maxwell. Το χειρότερο από αυτό, τα αποτελέσματα έδειξαν μια καταστροφική κατάσταση, η οποία έγινε γνωστή ως υπεριώδης καταστροφή. Η κλασική φυσική είπε ότι οποιοδήποτε μαύρο σώμα σε οποιαδήποτε μη μηδενική θερμοκρασία πρέπει να εκπέμπει πολύ έντονη υπεριώδη ακτινοβολία, το που σημαίνει ότι η θέρμανση οποιουδήποτε αντικειμένου θα οδηγούσε σε καταστροφή γύρω από αυτό μέσω της εκπομπής υψηλής ακτινοβολίας συχνότητες. Συμπεριλαμβανομένου ένα ανθρώπινο σώμα με θερμοκρασία 37 ° C θα λάμπει στο σκοτάδι!
Αλλά ξέρουμε ότι αυτό δεν συμβαίνει στην καθημερινή ζωή, οπότε τι θα ήταν λάθος;
Η σωστή εξήγηση ήρθε 1900 από Γερμανό φυσικό και μαθηματικό Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858-1947), ο οποίος είπε ότι το η ενέργεια δεν θα ήταν συνεχής, όπως πιστεύαμε προηγουμένως. Η θεωρία του βασικά είπε:
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)
"Η ακτινοβολία απορροφάται ή εκπέμπεται από ένα θερμαινόμενο σώμα όχι με τη μορφή κυμάτων, αλλά μέσω μικρών" πακέτων "ενέργειας."
Ο Γερμανός φυσικός Max Planck γύρω στο 1930
Αυτά τα μικρά «πακέτα» ενέργειας Max Planck ονομάστηκαν ποσοστό (ο πληθυντικός είναι πόσο), που προέρχεται από τα λατινικά και σημαίνει «ποσότητα», κυριολεκτικά «πόσο;», μεταδίδοντας την ιδέα μιας ελάχιστης, αδιαίρετης μονάδας. από το ποσοστό θα ήταν μια συγκεκριμένη μονάδα ενέργειας ανάλογη με τη συχνότητα της ακτινοβολίας. Τότε είναι η έκφραση κβαντική θεωρία.
Επί του παρόντος a ποσοστό λέγεται φωτόνιο.
Επιπλέον, αυτός ο επιστήμονας παρείχε μια λειτουργία που επέτρεψε τον προσδιορισμό της ακτινοβολίας των ταλαντωμένων σωματιδίων που εκπέμπουν ακτινοβολία σε ένα μαύρο σώμα:
Ε = ν. Η. β
Όντας αυτό:
n = θετικός ακέραιος αριθμός
h = σταθερά του Planck (6.626). 10-34 Ι. s - πολύ μικρή τιμή σε σύγκριση με την ενέργεια που απαιτείται για την πραγματοποίηση φυσικών ή χημικών αλλαγών στα καθημερινά υλικά. Αυτό μας δείχνει ότι το «h» αναφέρεται σε έναν πολύ μικρό κόσμο, τον κβαντικό κόσμο).
v = συχνότητα εκπεμπόμενης ακτινοβολίας.
![Σφραγίδα που εκτυπώθηκε στη Γερμανία (1994) που δείχνει την ανακάλυψη της κβαντικής θεωρίας του Max Planck [2]](/f/4231d982fcf71c7d9fa2774ca7505c1a.jpg "Κβαντική θεωρία του Max Planck")
Σφραγίδα που εκτυπώθηκε στη Γερμανία (1994) που δείχνει την ανακάλυψη της κβαντικής θεωρίας του Max Planck[2]
Η σταθερά του Planck είναι μία από τις πιο σημαντικές σταθερές στον κβαντικό κόσμο, καθώς είναι θεμελιώδης για την κατανόηση διαφόρων φυσικών και χημικών εννοιών και ερμηνειών.
Αυτή η θεωρία δείχνει ότι η ακτινοβολία της συχνότητας «v» μπορεί να αναγεννηθεί μόνο εάν ένας ταλαντωτής τέτοιας συχνότητας έχει αποκτήσει την ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να ξεκινήσει η ταλάντωση. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, δεν υπάρχει αρκετή διαθέσιμη ενέργεια για την πρόκληση ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας. Με αυτόν τον τρόπο, το αντικείμενο δεν αναγεννά την υπεριώδη ακτινοβολία, τερματίζοντας την υπεριώδη καταστροφή.
Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν χρησιμοποίησε αυτήν την υπόθεση Max Planck για να εξηγήσει τα αποτελέσματα που ελήφθησαν στο έργο του για το φωτοηλεκτρικό εφέ το 1905.
Ο Max Planck θεωρείται ο πατέρας της κβαντικής θεωρίας, η οποία του κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1918.
Έτσι, είναι σημαντικό να επισημάνουμε ότι το μοντέλο του δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων της ύλης. Αυτό σημαίνει ότι και οι δύο θεωρίες χρησιμοποιούνται για να εξηγήσουν τη φύση του φωτός: το κύμα και το σωματικό.
Η θεωρία των κυμάτων εξηγεί ορισμένα φαινόμενα φωτός και μπορεί να αποδειχθεί από ορισμένα πειράματα, ενώ η θεωρία των κυμάτων ότι το φως αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια ενέργειας εξηγεί άλλα φαινόμενα και μπορεί να αποδειχθεί από άλλους πειράματα. Δεν υπάρχει κανένα πείραμα που να δείχνει ταυτόχρονα τις δύο φύσεις του φωτός.
Επομένως, χρησιμοποιούνται και οι δύο θεωρίες, σύμφωνα με το φαινόμενο που μελετάται.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
* Συντακτικές πιστώσεις για τις εικόνες:
[1] πασαρέλα / Shutterstock.com
[2] 15. Μπόρις / Shutterstock.com
Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία
