Om de aard van licht te verklaren, stelde de Schotse wetenschapper James Clerk Maxwell (1831-1879) de theorie voor dat licht zou bestaan uit elektromagnetische golven. Zo zijn de verschillende zichtbare (kleuren) en onzichtbare (gammastralen, röntgenstralen, ultraviolet, infrarood-, microgolf- en radiogolven) zouden worden onderscheiden door golflengten en verschillende frequenties.
De golflengte is de afstand van twee opeenvolgende pieken in een golf en wordt weergegeven door de Griekse letter lambda "λ". Frequentie (f) is het aantal trillingen van de elektromagnetische golf per seconde. Deze twee grootheden zijn omgekeerd evenredig, hoe korter de golflengte, hoe hoger de frequentie en energie van de straling.
Deze manier van bestuderen en begrijpen van licht verklaarde veel verschijnselen, zoals de manier waarop het zich verspreidde.
Er waren echter enkele aspecten die deze theorie niet verklaarde, met als belangrijkste de kleur die bepaalde objecten uitstraalden wanneer ze werden verwarmd. Elk object dat op kamertemperatuur is, wordt gevisualiseerd omdat het straling reflecteert met een bepaalde frequentie en een bepaalde golflengte die overeenkomt met zijn kleur (zichtbaar licht). In het geval van objecten met extreem hoge temperaturen, reflecteren ze echter geen licht dat erop is gevallen, maar zenden ze hun eigen licht uit met een voldoende intensiteit om ons te visualiseren.
IJzer verandert bijvoorbeeld van kleur naarmate de temperatuur stijgt. Het wordt eerst rood, dan geel, dan wit en bij extreem hoge temperaturen wordt wit licht blauw.
Bij het bestuderen van dit fenomeen maten wetenschappers de intensiteit van straling bij elke golflengte en herhaalden ze de metingen voor een reeks verschillende temperaturen. De Duitse natuurkundige Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) ontdekte dat deze straling uitstraalde het hing gewoon af van de temperatuur, niet van het materiaal.
Een object dat op deze manier werkt, werd door wetenschappers genoemd als: zwart lichaam. Hij Nee het wordt zo genoemd vanwege zijn kleur, omdat het niet per se donker is, integendeel, het gloeit vaak wit. Deze naam komt van het feit dat het object de absorptie of emissie van een golflengte niet begunstigt, sinds terwijl wit reflecteert alle kleuren (zichtbare straling op verschillende golflengten), zwart reflecteert geen kleur. Het zwarte lichaam absorbeert alle straling die erop valt.
Dus toen wetenschappers de wetten van de straling van zwarte lichamen probeerden te verklaren, bleken de experimenteel verkregen gegevens onverenigbaar met de golftheorie van Maxwell. Erger nog, de resultaten wezen op een catastrofale situatie, die bekend werd als de... ultraviolette catastrofe. De klassieke natuurkunde zei dat elk zwart lichaam bij een temperatuur die niet nul is, zeer intense ultraviolette straling zou moeten uitzenden, de wat betekent dat de verwarming van een object zou leiden tot verwoesting eromheen door de emissie van hoge straling frequenties. Inclusief een menselijk lichaam met een temperatuur van 37°C zou gloeien in het donker!
Maar we weten dat dat in het dagelijks leven niet gebeurt, dus wat zou er mis zijn?
De juiste uitleg kwam binnen 1900 door Duitse natuurkundige en wiskundige Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858-1947), die zei dat de energie zou niet continu zijn, zoals eerder werd gedacht. Zijn theorie zei eigenlijk:
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
"Straling wordt geabsorbeerd of uitgezonden door een verwarmd lichaam, niet in de vorm van golven, maar via kleine 'pakketjes' energie."
Duitse natuurkundige Max Planck circa 1930
Deze kleine "pakketjes" energie Max Planck genaamd quantum (het meervoud is hoe veel), dat uit het Latijn komt en "hoeveelheid" betekent, letterlijk "hoeveel?", waarbij het idee van een minimale, ondeelbare eenheid wordt doorgegeven; sinds de quantum het zou een bepaalde eenheid van energie zijn die evenredig is met de frequentie van straling. Dat is wanneer de uitdrukking Kwantum theorie.
momenteel een quantum het heet foton.
Bovendien leverde deze wetenschapper een functie die het mogelijk maakte om de straling te bepalen van oscillerende deeltjes die straling uitzenden in een zwart lichaam:
E = zn. H. v
Dat zijn:
n = positief geheel getal;
h = constante van Planck (6.626). 10-34 J. s - zeer kleine waarde in vergelijking met de energie die nodig is om fysieke of chemische veranderingen in alledaagse materialen door te voeren. Dit laat ons zien dat "h" verwijst naar een heel kleine wereld, de kwantumwereld);
v = frequentie van uitgezonden straling.
![Stempel gedrukt in Duitsland (1994) met de ontdekking van de kwantumtheorie van Max Planck [2]](/f/4231d982fcf71c7d9fa2774ca7505c1a.jpg "Kwantumtheorie van Max Planck")
Stempel gedrukt in Duitsland (1994) met de ontdekking van de kwantumtheorie van Max Planck[2]
De constante van Planck is een van de belangrijkste constanten in de kwantumwereld, omdat deze van fundamenteel belang is voor het begrijpen van verschillende fysische en chemische concepten en interpretaties.
Deze theorie laat zien dat straling met frequentie "v" alleen kan worden geregenereerd als een oscillator met een dergelijke frequentie de minimale energie heeft gekregen die nodig is om de oscillatie te starten. Bij lage temperaturen is er niet genoeg energie beschikbaar om hoogfrequente oscillaties op te wekken; op deze manier regenereert het object geen ultraviolette straling, waardoor de ultraviolette catastrofe wordt beëindigd.
Albert Einstein gebruikte deze Max Planck-hypothese om de resultaten te verklaren die hij in 1905 bij zijn werk over het foto-elektrisch effect had verkregen.
Max Planck wordt beschouwd als de vader van de kwantumtheorie, die hem in 1918 de Nobelprijs voor de natuurkunde opleverde.
Het is dus belangrijk erop te wijzen dat het model van de dualiteit golf-deeltjes van materie. Dit betekent dat beide theorieën worden gebruikt om de aard van licht te verklaren: de golf en het corpusculaire.
De golftheorie verklaart enkele lichtverschijnselen en kan door bepaalde experimenten worden aangetoond, terwijl de golftheorie dat licht is samengesteld uit minuscule energiedeeltjes verklaart andere fenomenen en kan door anderen worden bewezen experimenten. Er is geen experiment dat de twee aard van licht tegelijkertijd aantoont.
Daarom worden beide theorieën gebruikt, afhankelijk van het fenomeen dat wordt bestudeerd.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
* Redactionele credits voor de afbeeldingen:
[1] catwalker / Shutterstock.com
[2] Boris15 / Shutterstock.com
Door Jennifer Fogaça
Afgestudeerd in scheikunde
