Прагнучи пояснити природу світла, шотландський учений Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) запропонував теорію, згідно з якою світло електромагнітні хвилі. Таким чином, різні видимі (кольори) і невидимі (гамма-промені, рентген, ультрафіолет, інфрачервоні, мікрохвильові та радіохвилі) відрізнятимуться довжинами хвиль і різні частоти.
Довжина хвилі - це відстань двох послідовних піків у хвилі і представлена грецькою буквою лямбда “λ”. Частота (f) - це кількість коливань електромагнітної хвилі в секунду. Ці дві величини обернено пропорційні, чим коротша довжина хвилі, тим вища частота та енергія випромінювання.
Цей спосіб вивчення і розуміння світла пояснив багато явищ, наприклад, спосіб його поширення.
Однак існували деякі аспекти, які ця теорія не пояснила, головним з яких був колір, який виділяли певні предмети при нагріванні. Кожен об'єкт, який знаходиться при кімнатній температурі, візуалізується, оскільки він відображає випромінювання з певною частотою та з певною довжиною хвилі, яка відповідає його кольору (видиме світло). Однак у випадку з предметами, що мають надзвичайно високі температури, вони не відображають жодного світла, що впало на них, а випромінюють власне світло достатньою інтенсивністю, щоб ми могли це уявити.
Наприклад, залізо змінює колір із збільшенням температури. Спочатку він стає червоним, потім жовтим, потім білим, а при надзвичайно високих температурах білий стає злегка блакитним.
Вивчаючи це явище, вчені вимірювали інтенсивність випромінювання на кожній довжині хвилі і повторювали вимірювання для діапазону різних температур. Німецький фізик Густав Роберт Кірхгофф (1824-1887) виявив, що це випромінювання це просто залежало від температури, а не від матеріалу.
Об'єкт, який діє таким чином, вчені почали називати як чорне тіло. Він немає він названий так через свій колір, оскільки він не обов’язково темний, навпаки, часто світиться білим. Ця назва походить від того, що об'єкт не сприяє поглинанню або випромінюванню довжини хвилі, оскільки в той час білий відображає всі кольори (видиме випромінювання на різних довжинах хвиль), чорний - жодного колір. Чорне тіло поглинає все випромінювання, що потрапляє на нього.
Тож коли вчені прагнули пояснити закони випромінювання чорного тіла, отримані експериментально дані виявилися несумісними з хвильовою теорією Максвелла. Гірше того, результати вказували на катастрофічну ситуацію, яка стала відомою як ультрафіолетова катастрофа. Класична фізика сказала, що будь-яке чорне тіло при будь-якій ненульовій температурі повинне випромінювати дуже інтенсивне ультрафіолетове випромінювання що означає, що нагрівання будь-якого предмета призведе до спустошення навколо нього через випромінювання високої радіації частоти. В тому числі людське тіло з температурою 37 ° С світилося б у темряві!
Але ми знаємо, що цього не буває у повсякденному житті, то що б було не так?
Увійшло правильне пояснення 1900 німецьким фізиком і математиком Макс Карл Ернест Людвіг Планк (1858-1947), який сказав, що енергія не була б безперервною, як вважалося раніше. Його теорія в основному говорила:
Не зупиняйтесь зараз... Після реклами є ще щось;)
"Випромінювання поглинається або випромінюється нагрітим тілом не у формі хвиль, а через невеликі" пакети "енергії".
Німецький фізик Макс Планк близько 1930 року
Ці маленькі "пакети" енергії назвав Макс Планк квантовий (його множина - скільки), що походить від латини і означає «кількість», буквально «скільки?», передаючи ідею мінімальної, неподільної одиниці; оскільки квантовий це була б визначена одиниця енергії, пропорційна частоті випромінювання. Ось тоді вираз квантова теорія.
в даний час a квантовий це називається фотон.
Крім того, цей вчений забезпечив функцію, яка дозволила визначити випромінювання коливальних частинок, які випромінюють випромінювання в чорному тілі:
E = n. H. v
Будучи тим:
n = ціле додатне число;
h = постійна Планка (6,626). 10-34 Дж. s - дуже мала величина порівняно з енергією, необхідною для здійснення фізичних або хімічних змін у повсякденних матеріалах. Це показує нам, що «h» відноситься до дуже малого світу, квантового світу);
v = частота випромінювання.
![Марка, надрукована в Німеччині (1994 р.), Що показує відкриття квантової теорії Макса Планка [2]](/f/4231d982fcf71c7d9fa2774ca7505c1a.jpg "Квантова теорія Макса Планка")
Марка, надрукована в Німеччині (1994 р.), Що показує відкриття квантової теорії Макса Планка[2]
Константа Планка є однією з найважливіших констант в квантовому світі, оскільки вона є фундаментальною для розуміння різних фізико-хімічних понять та інтерпретацій.
Ця теорія показує, що випромінювання частоти "v" може бути регенеровано лише в тому випадку, якщо генератор такої частоти отримав мінімальну енергію, необхідну для початку коливання. При низьких температурах недостатньо енергії для індукції високочастотних коливань; таким чином, об'єкт не регенерує ультрафіолетове випромінювання, закінчуючи ультрафіолетову катастрофу.
Альберт Ейнштейн використав цю гіпотезу Макса Планка, щоб пояснити результати, отримані в його роботі щодо фотоефекту в 1905 році.
Макс Планк вважається батьком квантової теорії, яка принесла йому Нобелівську премію з фізики в 1918 році.
Таким чином, важливо зазначити, що модель двоїстість хвильових частинок матерії. Це означає, що для пояснення природи світла використовуються дві теорії: хвиля та корпускулярне.
Теорія хвиль пояснює деякі світлові явища і може бути продемонстрована певними експериментами, тоді як хвильова теорія що світло складається з крихітних частинок енергії, пояснює інші явища і може бути доведено іншими експерименти. Не існує експерименту, який демонстрував би дві природи світла одночасно.
Тому використовуються обидві теорії, відповідно до явища, яке вивчається.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
* Редакційні титри для зображень:
[1] подіум / Shutterstock.com
[2] Борис15 / Shutterstock.com
Дженніфер Фогача
Закінчив хімію
