Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 14 Δεκεμβρίου

Ο Γερμανός φυσικός Max Planck «γέννησε» την κβαντική θεωρία σαν σήμερα το 1900

Κυματοσυναρτήσεις του ηλεκτρονίου σε ένα άτομο υδρογόνου σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας. Η κβαντομηχανική δεν μπορεί να προβλέψει την ακριβή θέση ενός σωματιδίου στο χώρο, παρα μόνο την πιθανότητα να βρεθεί σε διαφορετικές θέσεις. Οι φωτεινότερες περιοχές αντιπροσωπεύουν μεγαλύτερη πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου.

Παρουσίασε τη θεωρητική εξήγηση του φάσματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο που ακτινοβολεί φως και εισήγαγε την έννοια του φωτός ως κβαντισμένα πακέτα ενέργειας στη Γερμανική Φυσική Εταιρεία (DPG).

Το 1894 ο Πλανκ έστρεψε την προσοχή του στο πρόβλημα της ακτινοβολίας του "μέλανος σώματος". Είχε αναλάβει από ηλεκτρικές εταιρείες την έρευνα για το πώς θα δημιουργήσουν το μέγιστο φως από τους λαμπτήρες με την ελάχιστη ενέργεια.

Καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, η κορυφή της καμπύλης
ακτινοβολίας μαύρου σώματος μετατοπίζεται προς χαμηλότερες
εντάσεις και μεγαλύτερα μήκη κύματος. Οι γραφικές
παραστάσεις τις ακτινοβολίας μαύρου σώματος συγκρίνεται
επίσης με το κλασσικό μοντέλο των Rayleigh και Jeans.

Το πρόβλημα είχε τεθεί από τον Kirchhoff το 1859: "πώς η ένταση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα μέλαν σώμα  εξαρτάται από τη συχνότητα της ακτινοβολίας (δηλαδή το χρώμα του φωτός) και τη θερμοκρασία του σώματος; ». Όπου μέλαν σώμα είναι ένας τέλειος απορροφητής που απορροφάει πλήρως όλες τις ακτινοβολίες, επίσης γνωστό ως ακτινοβολία κοιλότητας. Η ερώτηση διερευνήθηκε πειραματικά, αλλά καμία θεωρητική ερμηνεία δεν συμφωνούσε με τις πειραματικές τιμές. Ο Wilhelm Wien πρότεινε τον νόμο του Wien, ο οποίος προέβλεψε σωστά τη συμπεριφορά στις υψηλές συχνότητες, αλλά αποτύγχανε σε χαμηλές συχνότητες. Ο νόμος Rayleigh-Jeans, μια άλλη προσέγγιση στο πρόβλημα, δημιούργησε αυτό που αργότερα ονομάστηκε "υπεριώδης καταστροφή", αλλά σε αντίθεση με πολλά βιβλία, το κίνητρο για τον Planck δεν ήταν η"υπεριώδης καταστροφή" .

Η πρώτη λύση που πρότεινε ο Planck για το πρόβλημα το 1899 έβγαινε από αυτό που ο Πλανκ ονόμαζε «αρχή της στοιχειώδους διαταραχής», που του επέτρεψε να εξαγάγει τον νόμο του Βιέν από κάποιες υποθέσεις σχετικά με την εντροπία ενός ιδανικού ταλαντωτή, δημιουργώντας αυτό που ονομάζεται Νόμος των Wien-Planck. Σύντομα, προς απογοήτευση του Πλανκ, διαπιστώθηκε ότι τα πειραματικά στοιχεία δεν επιβεβαίωναν καθόλου το νέο νόμο. Ο Planck αναθεώρησε την προσέγγισή του, δημιουργώντας την πρώτη έκδοση του διάσημου νόμου περί ακτινοβολίας του μέλανος σώματος του Planck, ο οποίος περιγράφει καλά το πειραματικά παρατηρούμενο φάσμα του μαύρου σώματος. Αυτός ο Νόμος ανακοινώθηκε για πρώτη φορά σε μια συνάντηση της DPG στις 19 Οκτωβρίου 1900 και δημοσιεύθηκε το 1901.

Αυτή η πρώτη διατύπωση δεν περιλάμβανε την κβάντωση της ενέργειας και δεν χρησιμοποίησε τη στατιστική μηχανική για την οποία ο Πλάνκ είχε μια αποστροφή. Το Νοέμβριο του 1900, ο Planck αναθεώρησε αυτή την πρώτη εκδοχή, βασιζόμενος στη στατιστική ερμηνεία του Boltzmann για το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, ώστε να αποκτήσει μια πιο βαθειά κατανόηση των αρχών πίσω από τον νόμο περί ακτινοβολίας. Καθώς ο Πλανκ ήταν βαθιά επιφυλακτικός για τις φιλοσοφικές και φυσικές συνέπειες μιας τέτοιας ερμηνείας της προσέγγισης του Boltzmann, η προσφυγή σε τους ήταν, όπως το έθεσε αργότερα, «μια πράξη απελπισίας ... Ήμουν έτοιμος να θυσιάσω οποιαδήποτε από τις προηγούμενες πεποιθήσεις μου σχετικά με τη φυσικη."

 Η κεντρική παραδοχή πίσω από τη νέα του εξήγηση, που παρουσιάστηκε στο DPG στις 14 Δεκεμβρίου 1900, ήταν η υπόθεση, γνωστή τώρα ως αρχή του Πλανκ, ότι η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια θα μπορούσε να εκπέμπεται μόνο σε κβαντισμένη μορφή, με άλλα λόγια, η ενέργεια θα μπορούσε να είναι μόνο πολλαπλάσιο μιας στοιχειώδους μονάδας:

E=h ν

όπου h είναι η σταθερά του Planck, επίσης γνωστή ως κβάντο δράσης του Planck (που εισήχθη ήδη το 1899), και ν είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας. Σημειώστε ότι τα στοιχειώδη κβάντα ενέργειας που αναφέρονται εδώ αντιπροσωπεύονται από το hν και όχι από το ν. Οι φυσικοί ονομάζουν τώρα αυτά τα quanta φωτόνια και ένα φωτόνιο συχνότητας ν θα έχει τη δική του μια και μοναδική ποσότητα ενέργειας. Ετσι η συνολική ενέργεια σε μία συχνότητα είναι ίση με το hν πολλαπλασιασμένο με τον αριθμό των φωτονίων σε αυτή τη συχνότητα.

 Αρχικά, ο Planck θεώρησε ότι η κβάντωση ήταν μόνο "μια καθαρά τυπική υπόθεση ... στην πραγματικότητα δεν το σκέφτηκα πολύ ...". Σήμερα αυτή η υπόθεση, ασυμβίβαστη με την κλασική φυσική, θεωρείται η γέννηση της κβαντικής φυσικής και το μεγαλύτερο πνευματικό επίτευγμα της καριέρας του Planck (ο Ludwig Boltzmann είχε συζητήσει σε θεωρητικό άρθρο το 1877 ότι οι ενεργειακές καταστάσεις ενός φυσικού συστήματος θα μπορούσαν να είναι διακριτές). Η ανακάλυψη της σταθεράς του Planck του επέτρεψε να ορίσει ένα νέο παγκόσμιο σύνολο φυσικών μονάδων (όπως το μήκος Planck και η μάζα Planck), όλες βασισμένες σε θεμελιώδεις φυσικές σταθερές στις οποίες στηρίζεται μεγάλο μέρος της κβαντικής θεωρίας.

Αναγνωρίζοντας τη θεμελιώδη συνεισφορά του Planck σε έναν νέο κλάδο της φυσικής, του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το 1918 (στην πραγματικότητα έλαβε το βραβείο το 1919).

Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC)
Εικόνα: By PoorLeno (talk) - the English language Wikipedia (log).Original text: I created this work entirely by myself. References:Forinash, Kyle. Hydrogen W Simulation. Indiana University Southeast. Retrieved on 2008-12-18.Tokita, Sumio; Sugiyama, Takao; Noguchi, Fumio; Fujii, Hidehiko; Kobayashi, Hidehiko (2006). "An Attempt to Construct an Isosurface Having Symmetry Elements". Journal of Computer Chemistry, Japan 5 (3): 159–164. DOI:10.2477/jccj.5.159., Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5854697 
By Darth Kule - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10555337

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  14 Δεκεμβρίου

Η προηγούμενη μέρα                      Όλο το Φθινόπωρο                     Η επόμενη μέρα