РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ. ГІПОТЕЗА ПЛАНКА
ОПТИКА І КВАНТОВА ФІЗИКА
РОЗДІЛ. 4 Хвильова і квантова оптика
§ 37. РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ. ГІПОТЕЗА ПЛАНКА
Явища, що відбуваються в макросвіті, вивчає класична фізика. У тих випадках, коли макроскопічні явища відбуваються з невеликими (порівняно зі швидкістю поширення світла) швидкостями, їх пояснює класична механіка Ньютона. Явища, що відбуваються зі швидкостями, які наближаються до швидкості світла, вивчає теорія відносності. Квантова фізика, знайомство з якою ви починаєте, вивчає явища, що відбуваються в мікросвіті, які класична
Виникнення квантової фізики пов’язане з ім’ям німецького фізика М. Планка. Він досліджував випромінювання нагрітого тіла. Найбільш важливі результати своїх дослідів Планк опублікував наприкінці 1900 р. Таким чином, виникнення квантової фізики датується XIX і XX ст.
Розглянемо дослід. Під’єднаємо металеву спіраль до джерела регульованої напруги. Для вимірювання температури спіралі вставимо в неї термометр. Встановивши низьку напругу, замкнемо коло. Спіраль трохи нагріється, але світитися не буде. Якщо недалеко від спіралі поставити термопару, приєднану до чутливого гальванометра
Якщо в описаному досліді спостерігати за світлом, що випромінює спіраль, за допомогою спектроскопа, то спочатку побачимо лише червоний край спектра. Але потім послідовно почнуть з’являтися оранжева, жовта, зелена, блакитна, синя і нарешті фіолетова області. Таким чином, з підвищенням температури підвищується інтенсивність теплового випромінювання, а в ньому спостерігаються випромінювання все більш високих частот.
Тіло, нагріте до температури в декілька тисяч градусів, має суцільний спектр випромінювання, що займає область від невидимого інфрачервоного випромінювання до невидимого ультрафіолетового.
Мал. 174
На мал. 175 наведено експериментально одержані графіки розподілу енергії Е в спектрі випромінювання вугільної спіралі при різних температурах. На осі ординат відкладені значення енергії, що відповідають даній довжині хвилі, а на осі абсцис – довжини хвиль.
Визначений експериментально розподіл енергії випромінювання в спектрі потребував теоретичного пояснення. Зрозуміло, оскільки всі тіла складаються з атомів, то теплове, видиме і ультрафіолетове випромінювання обумовлюються потоком атомів. Але як? У класичній електродинаміці Максвелла відповідно до дослідів вважається, що заряд, який коливається, випромінює електромагнітні хвилі і втрачає енергію безперервно. Багаторазові намагання фізиків пояснити механізм випромінювання з позицій класичної фізики не мали успіху. Зазнав поразки і Планк. Аналізуючи причини своєї невдачі, він дійшов висновку, що закони випромінювання електромагнітних хвиль класичної фізики, засновані на теорії електромагнетизму Максвелла, непридатні до атомів.
Планк висловив припущення, що атоми випромінюють не безперервно, а переривчасто, порціями – квантами (j лат. qantum – порція), енергія яких пропорційна частоті коливань:
Е = hv,
ДеЕ – енергія кванта; h – стала величина, що отримала згодом назву сталої Планка. Стала Планка в сучасній фізиці відіграє виключно важливу роль; її значення визначене з високою точністю:
H = 6,626 176 10- 34 Дж с.
Гіпотеза Планка про переривчастий характер випромінювання нагрітого тіла блискуче пояснила експериментально знайдену залежність випромінювання від довжини хвилі (частоти). Проте вона суперечить класичній фізиці. Сучасники Планка, та спочатку і сам Планк, сприйняли гіпотезу про переривчастий характер випромінювання як цікавий прийом, що дає змогу пояснити тільки закономірності теплового випромінювання. Проте значення гіпотези Планка виявилося незрівнянно великим: воно знаменувало народження нової фізики – фізики мікросвіту.
Мал. 175
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...