მაქს პლანკის თეორია. მაქს პლანკის კვანტური თეორია

შოტლანდიელი მეცნიერი ჯეიმს კლერკ მაქსველი (1831-1879) ცდილობდა სინათლის ბუნების ახსნას, შემოგვთავაზა თეორია, რომ სინათლე შედგება ელექტრომაგნიტური ტალღები. ამრიგად, სხვადასხვა ხილული (ფერები) და უხილავი (გამა სხივები, რენტგენი, ულტრაიისფერი, ინფრაწითელი, მიკროტალღური და რადიოტალღები) გამოირჩეოდა ტალღის სიგრძით და სხვადასხვა სიხშირეები.

ტალღის სიგრძე არის ზედიზედ ორი მწვერვალის მანძილი ტალღში და წარმოდგენილია ბერძნული ასოთი lambda "λ". სიხშირე (f) არის ელექტრომაგნიტური ტალღის წამში რხევების რაოდენობა. ეს ორი სიდიდე უკუპროპორციულია, რაც უფრო მოკლეა ტალღის სიგრძე, მით უფრო მაღალია გამოსხივების სიხშირე და ენერგია.

სინათლის შესწავლისა და გაგების ამგვარმა ახსნა მრავალი ფენომენი, მაგალითად, მისი გავრცელების გზა.

ამასთან, არსებობდა რამდენიმე ასპექტი, რომლებსაც ამ თეორიამ არ აუხსნა, მთავარია ფერი, რომელიც გარკვეულმა ობიექტებმა გაათბეს. ოთახის ტემპერატურაზე მყოფი ყველა ობიექტი ვიზუალიზებულია, რადგან ის ასახავს რადიაციას გარკვეულ სიხშირეზე და გარკვეულ ტალღურ სიგრძეზე, რომელიც შეესაბამება მის ფერს (ხილული შუქი). ამასთან, უკიდურესად მაღალ ტემპერატურაზე მყოფი ობიექტების შემთხვევაში, ისინი არ ასახავენ მათზე დაცემულ სინათლეს, არამედ ასხივებენ საკუთარ სინათლეს საკმარისი ინტენსივობით, რომ ჩვენ წარმოვიდგინოთ.

მაგალითად, რკინა იცვლის ფერს, რადგან მისი ტემპერატურა იზრდება. ის ჯერ წითლდება, შემდეგ ყვითლდება, შემდეგ თეთრად, ხოლო უკიდურესად მაღალ ტემპერატურაზე თეთრი ოდნავ ლურჯდება.

ამ ფენომენის შესწავლისას მეცნიერებმა გაზომეს რადიაციის ინტენსივობა თითოეულ ტალღის სიგრძეზე და გაიმეორეს გაზომვები სხვადასხვა ტემპერატურის დიაპაზონისთვის. გერმანელმა ფიზიკოსმა გუსტავ რობერტ კირხოფმა (1824-1887) აღმოაჩინა, რომ ამან გამოსხივება გამოსცა ეს უბრალოდ დამოკიდებულია ტემპერატურაზე და არა მასალაზე.

ობიექტს, რომელიც ამ გზით მოქმედებს, მეცნიერებმა უწოდეს შავი სხეული. ის არა მას ასე ეძახიან თავისი ფერის გამო, რადგან სულაც არ არის მუქი, პირიქით, ის ხშირად ანათებს თეთრად. ეს სახელი მომდინარეობს იქიდან, რომ ობიექტი არ ემხრობა ტალღის სიგრძის შეწოვას ან ემისიას, ვინაიდან თეთრი ასახავს ყველა ფერს (ხილული გამოსხივება სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე), შავი არ ასახავს არცერთს ფერი შავი სხეული ითვისებს მასზე დაცემულ მთელ გამოსხივებას.

ასე რომ, როდესაც მეცნიერები ცდილობდნენ აეხსნათ შავი სხეულის გამოსხივების კანონები, ექსპერიმენტულად მიღებული მონაცემები აღმოჩნდა შეუთავსებელი მაქსველის ტალღის თეორიასთან. ამაზე უარესი, შედეგები მიუთითებდა კატასტროფულ სიტუაციაზე, რომელიც ცნობილი გახდა როგორც ულტრაიისფერი კატასტროფა. კლასიკურ ფიზიკაში ნათქვამია, რომ ნებისმიერი შავი სხეული ნებისმიერ არა ნულოვან ტემპერატურაზე უნდა გამოსცემდეს ძალიან ინტენსიურ ულტრაიისფერ გამოსხივებას რაც ნიშნავს, რომ ნებისმიერი ობიექტის გათბობა გამოიწვევს მის გარშემო განადგურებას მაღალი გამოსხივების გამოყოფით სიხშირეები. მათ შორის ადამიანის სხეული 37 ° C ტემპერატურაზე სიბნელეში ანათებს!

მაგრამ ჩვენ ვიცით, რომ ეს ყოველდღიურ ცხოვრებაში არ ხდება, რა იქნებოდა არასწორი?

სწორი ახსნა შემოვიდა 1900 გერმანელი ფიზიკოსისა და მათემატიკოსის მიერ მაქს კარლ ერნესტ ლუდვიგ პლანკი (1858-1947), რომელმაც თქვა, რომ ენერგია არ იქნება უწყვეტიროგორც ადრე ეგონათ. მისმა თეორიამ ძირითადად თქვა:

"გამოსხივება შეიწოვება ან გამოიყოფა გახურებული სხეულის მიერ არა ტალღების სახით, არამედ ენერგიის მცირე" პაკეტების "საშუალებით."

გერმანელი ფიზიკოსი მაქს პლანკი დაახლოებით 1930 წელს

ენერგიის ეს პატარა "პაკეტები" მაქს პლანკმა დაასახელა კვანტური (მისი მრავლობითი რიცხვია რამდენი), რომელიც ლათინურიდან მოდის და ნიშნავს "რაოდენობას", სიტყვასიტყვით "რამდენი?", მინიმალური, განუყოფელი ერთეულის იდეის გადაცემა; მას შემდეგ, რაც კვანტური ეს იქნება ენერგიის გარკვეული ერთეული, რომელიც პროპორციულია გამოსხივების სიხშირეზე. ეს მაშინ, როდესაც გამოთქმა კვანტური თეორია.

ამჟამად ა კვანტური მას უწოდებენ ფოტონი.

გარდა ამისა, ამ მეცნიერმა უზრუნველყო ფუნქცია, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელი იყო ცვალებად ნაწილაკთა გამოსხივების დადგენა, რომლებიც ასხივებენ შავ სხეულში:

E = n ჰ. ვ

როგორც ეს:

n = პოზიტიური მთელი რიცხვი;
h = პლანკის მუდმივა (6.626). 10^-34 ჯ. s - ყოველდღიური მასალების ფიზიკური ან ქიმიური ცვლილებების განსახორციელებლად საჭირო ენერგიასთან შედარებით ძალიან მცირე მნიშვნელობა. ეს გვაჩვენებს, რომ "თ" ეხება ძალიან მცირე სამყაროს, კვანტურ სამყაროს);
v = გამოსხივებული გამოსხივების სიხშირე.

გერმანიაში დაბეჭდილი შტამპი (1994), სადაც ნაჩვენებია მაქს პლანკის კვანტური თეორიის აღმოჩენა^[2]

პლანკის მუდმივა კვანტური სამყაროს ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მუდმივია, რადგან ის ფუნდამენტურია სხვადასხვა ფიზიკური და ქიმიური ცნებებისა და ინტერპრეტაციების გასაგებად.

ეს თეორია გვიჩვენებს, რომ სიხშირე "v" სხივების აღდგენა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ასეთი სიხშირის ოსილატორმა შეიძინა მინიმალური ენერგია, რომელიც საჭიროა რხევის დასაწყებად. დაბალ ტემპერატურაზე არ არის საკმარისი ენერგია მაღალი სიხშირის რხევების დასაწყებად; ამ გზით ობიექტი არ აღადგენს ულტრაიისფერ გამოსხივებას და ამთავრებს ულტრაიისფერ კატასტროფას.

ალბერტ აინშტაინმა გამოიყენა ეს მაქს პლანკის ჰიპოთეზა 1905 წელს ფოტოელექტრული ეფექტის შესახებ მის მუშაობაში მიღებული შედეგების ასახსნელად.

მაქს პლანკი ითვლება კვანტური თეორიის მამად, რამაც მას ნობელის პრემია მიანიჭა ფიზიკაში 1918 წელს.

ამრიგად, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ მოდელი ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა მატერიის. ეს ნიშნავს, რომ ორივე თეორია გამოიყენება სინათლის ბუნების ასახსნელად: ტალღა და კორპუსკულური.

ტალღების თეორია განმარტავს სინათლის ზოგიერთ ფენომენს და ამის დემონსტრირება შესაძლებელია გარკვეული ექსპერიმენტებით, ხოლო ტალღების თეორია რომ სინათლე შედგება ენერგიის მცირე ნაწილაკებისგან, ხსნის სხვა მოვლენებს და ამის დამტკიცება შეიძლება სხვების მიერ ექსპერიმენტები. არ არსებობს ექსპერიმენტი, რომელიც აჩვენებს ერთდროულად სინათლის ორ ბუნებას.

ამიტომ, ორივე თეორია გამოიყენება, შესწავლილი ფენომენის შესაბამისად.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

* სარედაქციო კრედიტები სურათებისათვის:

[1] პოდიუმი / Shutterstock.com
[2] ბორის 15 / Shutterstock.com

ჯენიფერ ფოგაჩას მიერ
დაამთავრა ქიმია

წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-max-planck.htm