PRO квантовые чудеса

Олег Фейгин, 2017

В книге рассказывается об истории возникновения и ключевых проблемах современной квантовой науки, пытающейся проникнуть в невообразимые глубины материи и найти пути в иные миры, пространства и времена. Обсуждаются чудеса строения микромира, в котором перестают действовать привычные нам законы обыденной реальности, а частицы проявляют «корпускулярный дуализм», становясь чем-то средним между волнами и частицами, приобретая фантастические возможности проникать сквозь барьеры, образовывать удивительные пары, движущиеся без электросопротивления, и вообще «растворяться» в окружающей среде, оставляя после себя лишь «всплески» электромагнитного поля. Книга рассчитана на самый широкий круг читателей, интересующихся успехами современной физики и научными представлениями о строении окружающей квантовой реальности.

Глава 4. Гипотеза Планка

Представьте себе горняка, который с напряжением всех своих сил ведет разведку благородной руды и которому однажды попадается жила самородного золота, причем при ближайшем рассмотрении она оказывается бесконечно богаче, чем можно было предполагать заранее. Если бы он сам не натолкнулся на этот клад, то, безусловно, вскоре посчастливилось бы его товарищу…

М. Планк.

Речь на торжественном юбилейном заседании Немецкого физического общества

Для решения парадокса «ультрафиолетовой катастрофы» Планк придумал красивый вычислительный прием: не прибегая к «тяжелой артиллерии» в виде интегрального исчисления, как делали все другие занимавшиеся этой проблемой физики, просто просуммировать отдельные порции энергии, полагая их конечными. Он надеялся получить ответ, который не будет зависеть от величины отдельной порции. А вместо этого получил точное значение каждой их них — ħν, где ν — частота излучения, а ħ — постоянная Планка, имеющая размерность действия, т. е. произведения энергии на время. Сам Планк называл эту постоянную «квантом действия». Согласно современным данным ħ = 6,626 × 10^–34 Дж × с. Днем рождения квантовой теории принято считать 14 декабря 1900 года, когда на заседании Прусской королевской академии наук Планк сделал доклад «К теории распределения энергии излучения нормального спектра».

Буквально тут же, следующей ночью, его коллеги, физики-экспериментаторы Рубенс и Курлбаум, проверили формулу Планка и наутро восторженно поздравили ученого с тем, что на всех участках спектра излучения опытные данные вполне удовлетворительно соответствовали его формуле. Впрочем, как впоследствии не раз скромно указывал Планк, метод подбора его формулы содержал «только формальный смысл удачно угаданного закона».

Как физик-теоретик, Планк не мог считать свою работу законченной без объяснения смысла своей формулы. После двух месяцев тяжелых раздумий он пришел к парадоксальному выводу, что элементы внутренней поверхность АЧТ излучают и поглощают энергию парциально! Ну, а сами энергетические порции описываются простейшей формулой: ∆E = ħω, где ħ — новый коэффициент пропорциональности, а ω — частота тепловых колебаний. По законам классической физики интенсивность может падать с увеличением их частоты по экспоненте. При этом высокочастотные колебания будут вносить незначительный вклад в общее количество излучаемой тепловой энергии. Так разрешился парадокс несостоявшейся «ультрафиолетовой катастрофы». Закон излучения Планка изумительно точно описывал процессы излучения, что позволило быстро определить значение коэффициента ħ, получившего название «постоянная Планка».

Конец ознакомительного фрагмента.