Quanta. Sejarah dan intipati penemuan saintifik

PENEMUAN SAINTIFIK PALING PENTING
Perpustakaan percuma / Buku Panduan / Penemuan saintifik yang paling penting

Quanta. Sejarah dan intipati penemuan saintifik

Penemuan saintifik yang paling penting

Buku Panduan / Penemuan saintifik yang paling penting

Para saintis telah lama mencuba untuk mencari formula yang akan dengan tepat dan bersetuju sepenuhnya dengan eksperimen menggambarkan spektrum sinaran badan hitam.

Penguji telah lama membuktikan bahawa spektrum badan hitam menyerupai bukit runcing atau bonggol unta. Bahagian atas bonggol, di mana sinaran maksimum, berada pada panjang gelombang tertentu, nilainya bergantung pada suhu, dan ke kiri - ke arah panjang gelombang pendek dan ke kanan - dalam arah panjang gelombang, keamatan sinaran berkurangan dengan mendadak.

Pada tahun 1892, ahli fizik Rusia Golitsyn, dalam disertasinya "Penyelidikan dalam Fizik Matematik," menganggap masalah tenaga berseri. Dalam karya ini, Golitsyn mencapai hasil yang boleh dirumuskan sebagai undang-undang berikut:

Suhu mutlak ditentukan oleh jumlah semua anjakan elektrik, dan ia adalah kuasa keempat suhu mutlak yang berkadar terus dengan jumlah kuasa dua semua anjakan elektrik.

Oleh itu, dia mendekati idea-idea teori kuantum masa depan - gas foton Einstein. Dan tidak hairanlah pemikirannya tidak difahami oleh orang sezamannya.

Pada tahun sembilan puluhan abad kesembilan belas, Wilhelm Wien (1864–1927) memperoleh formula yang sesuai dengan pengalaman dalam bidang gelombang pendek, tetapi tidak sesuai di bahagian spektrum gelombang panjang.

Pada tahun 1900, John William Rayleigh (1842–1919) cuba menerapkan hukum pengagihan seragam tenaga merentasi darjah kebebasan kepada sinaran. Vin bercakap tentang percubaan ini seperti ini:

"Lord Rayleigh adalah orang pertama yang mendekati soalan ini dari sudut yang sama sekali berbeza: dia cuba memohon kepada persoalan radiasi satu undang-undang mekanik statistik yang sangat umum, iaitu undang-undang pengagihan seragam tenaga antara darjah kebebasan sistem. dalam keadaan keseimbangan statistik...

Sinaran dalam ruang kosong juga boleh diwakili sedemikian rupa sehingga ia akan mempunyai bilangan darjah kebebasan tertentu. Hakikatnya ialah apabila gelombang dipantulkan dari dinding ke belakang dan sebagainya, sistem gelombang berdiri muncul, terletak di ruang antara dua dinding... Kemungkinan gelombang berdiri individu di sini juga mewakili unsur-unsur yang sepadan dengan fenomena yang berlaku dan sepadan dengan darjah kebebasan. Jika setiap darjah kebebasan diberi jumlah tenaga yang boleh dikaitkan dengannya, maka hukum sinaran Rayleigh diperolehi, yang menurutnya pancaran tenaga sinaran bagi panjang gelombang tertentu adalah berkadar terus dengan suhu mutlak dan berkadar songsang dengan kuasa keempat bagi panjang gelombang. Undang-undang ini konsisten dengan data pengalaman dengan tepat di mana undang-undang yang dibincangkan di atas tidak lagi adil, dan oleh itu ia pada mulanya dianggap sebagai undang-undang dengan keadilan terhad."

Oleh itu, terdapat dua formula: satu untuk bahagian gelombang pendek spektrum (rumus Wien), satu lagi untuk bahagian gelombang panjang (rumus Rayleigh). Tugasnya adalah untuk melabuhkan mereka.

Penyelidik memanggil percanggahan antara teori radiasi dan eksperimen sebagai "malapetaka ultraungu." Percanggahan yang tidak dapat diselesaikan. Pengiraan matematik yang logik dan berasas selalu membawa kepada formula, yang kesimpulannya bercanggah sama sekali dengan eksperimen. Daripada formula ini, ia menunjukkan bahawa relau merah-panas sepatutnya, dari masa ke masa, mengeluarkan lebih banyak haba ke ruang sekeliling dan kecerahan cahayanya akan meningkat dengan lebih banyak!

Kontemporari "malapetaka ultraungu", ahli fizik Lorenz sedih menyatakan: "Persamaan fizik klasik tidak dapat menjelaskan mengapa relau yang mati tidak memancarkan sinar kuning bersama-sama dengan sinaran panjang gelombang yang panjang..."

Max Planck berjaya mencantumkan formula Wien dan Rayleigh ini dan menyimpulkan formula yang menerangkan dengan tepat spektrum sinaran badan hitam.

ahli fizik Jerman Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858–1947) dilahirkan di bandar Prusia Kiel, dalam keluarga seorang profesor undang-undang sivil. Pada tahun 1867, keluarga itu berpindah ke Munich, dan di sana Planck memasuki Gimnasium Klasik Maximilian Diraja, di mana seorang guru matematik yang cemerlang mula-mula membangkitkan minatnya dalam sains semula jadi dan tepat. Selepas menamatkan pengajian dari sekolah menengah pada tahun 1874, Planck belajar matematik dan fizik selama tiga tahun di Universiti Munich dan setahun di Universiti Berlin.

Semasa di Berlin, Planck memperoleh pandangan yang lebih luas tentang fizik berkat penerbitan ahli fizik yang cemerlang Hermann von Helmholtz dan Gustav Kirchhoff, serta rencana oleh Rudolf Clausius. Kebiasaan dengan karya mereka menyumbang kepada fakta bahawa kepentingan saintifik Planck tertumpu untuk masa yang lama pada termodinamik - bidang fizik di mana fenomena haba, tenaga mekanikal dan penukaran tenaga dikaji berdasarkan sebilangan kecil undang-undang asas.

Planck menerima ijazah kedoktorannya pada tahun 1879, setelah mempertahankan tesisnya "Mengenai undang-undang kedua teori mekanikal haba" di Universiti Munich. Pada tahun 1885 beliau menjadi profesor bersekutu di Universiti Kiel.

Kerja Planck mengenai termodinamik dan aplikasinya kepada kimia fizikal dan elektrokimia telah mendapat pengiktirafan antarabangsa. Pada tahun 1888 beliau menjadi profesor bersekutu di Universiti Berlin dan pengarah Institut Fizik Teoritis.

Pada masa yang sama, Planck menerbitkan beberapa karya tentang termodinamik proses fizikal dan kimia. Teori keseimbangan kimia larutan cair yang diciptanya menjadi terkenal. Pada tahun 1897, edisi pertama kuliahnya mengenai termodinamik telah diterbitkan. Pada masa itu, Planck sudah pun menjadi profesor biasa di Universiti Berlin dan ahli Akademi Sains Prusia.

Sejak 1896, Planck mula berminat dalam pengukuran yang dijalankan di Institut Fizik dan Teknologi Negeri di Berlin, serta dalam masalah sinaran haba badan. Semasa menjalankan penyelidikannya, Planck menarik perhatian kepada undang-undang fizikal baharu. Berdasarkan eksperimen, dia menubuhkan undang-undang sinaran haba badan yang dipanaskan. Pada masa yang sama, dia berhadapan dengan hakikat bahawa sinaran tidak berterusan. Planck dapat mengesahkan undang-undangnya hanya dengan bantuan andaian yang luar biasa bahawa tenaga getaran atom tidak sewenang-wenangnya, tetapi hanya boleh mengambil beberapa nilai yang jelas. Planck menetapkan bahawa cahaya dengan frekuensi getaran mesti dipancarkan dan diserap dalam bahagian, dan tenaga setiap bahagian tersebut adalah sama dengan frekuensi getaran didarab dengan pemalar khas, dipanggil pemalar Planck.

Begini cara Planck sendiri menulis tentangnya:

"Pada masa itu semua ahli fizik yang cemerlang beralih, secara eksperimen dan teori, kepada masalah pengagihan tenaga dalam spektrum normal. Walau bagaimanapun, mereka mencarinya ke arah mewakili keamatan sinaran dalam pergantungannya pada suhu, sementara saya mengesyaki perkaitan yang lebih mendalam dalam pergantungan entropi pada tenaga. Memandangkan nilai entropi masih belum mendapat pengiktirafan yang sewajarnya, saya tidak sama sekali bimbang tentang kaedah yang saya gunakan dan boleh dengan bebas dan teliti menjalankan pengiraan saya tanpa rasa takut akan gangguan atau jangkaan. di pihak sesiapa sahaja.

Oleh kerana terbitan kedua bagi entropinya berkenaan dengan tenaganya adalah amat penting untuk ketakterbalikan pertukaran tenaga antara pengayun dan sinaran yang dirangsang olehnya, saya mengira nilai kuantiti ini untuk kes yang ketika itu berada di tengah. semua kepentingan pengagihan tenaga Wien, dan mendapati hasil yang luar biasa bahawa untuk kes ini timbal balik nilai sedemikian, yang saya telah tetapkan di sini sebagai K, adalah berkadar dengan tenaga. Sambungan ini sangat mudah sehingga untuk masa yang lama saya mengenalinya sebagai umum sepenuhnya dan mengusahakan justifikasi teorinya. Walau bagaimanapun, ketidakstabilan pemahaman ini tidak lama lagi didedahkan oleh hasil pengukuran baru. Iaitu, manakala untuk nilai tenaga yang kecil, atau untuk gelombang pendek, undang-undang Wien juga telah disahkan dengan sempurna, dan seterusnya, untuk nilai tenaga yang besar, atau untuk gelombang besar, Lummer dan Pringsheim mula-mula mewujudkan sisihan yang ketara, dan yang yang dijalankan oleh Rubens dan F. Kurlbaum pengukuran dengan fluorspar dan garam kalium mendedahkan hubungan yang sama sekali berbeza, tetapi sekali lagi mudah, bahawa nilai K adalah berkadar bukan dengan tenaga, tetapi dengan kuasa dua tenaga apabila pergi ke nilai yang lebih tinggi. tenaga dan panjang gelombang.

Oleh itu, eksperimen langsung mewujudkan dua sempadan mudah untuk fungsi: untuk tenaga kecil, kekadaran (darjah pertama) kepada tenaga, untuk tenaga besar, kepada kuasa dua tenaga. Adalah jelas bahawa sama seperti mana-mana prinsip pengagihan tenaga memberikan nilai K tertentu, maka setiap ungkapan membawa kepada undang-undang pengagihan tenaga tertentu, dan persoalannya sekarang adalah untuk mencari ungkapan I yang akan memberikan pengagihan tenaga yang ditetapkan oleh pengukuran. Tetapi sekarang tidak ada yang lebih wajar daripada mengarang untuk kes umum nilai dalam bentuk jumlah dua sebutan: satu darjah pertama, dan satu lagi darjah kedua tenaga, supaya untuk tenaga rendah sebutan pertama akan menjadi tegas, untuk yang besar - yang kedua; Pada masa yang sama, formula baru untuk radiasi ditemui, yang saya cadangkan pada mesyuarat Persatuan Fizikal Berlin pada 19 Oktober 1900 dan disyorkan untuk penyelidikan.

... Pengukuran seterusnya juga mengesahkan formula sinaran, iaitu, lebih tepat kaedah pengukuran yang lebih halus diguna pakai. Walau bagaimanapun, formula pengukuran, jika kita menganggap kebenarannya yang betul-betul tepat, itu sendiri hanya undang-undang yang diduga dengan senang hati, hanya mempunyai makna formal."

Pada 14 Disember 1900, Planck melaporkan kepada Persatuan Fizikal Berlin tentang hipotesisnya dan formula baru untuk radiasi. Hipotesis yang diperkenalkan oleh Planck menandakan kelahiran teori kuantum, yang membuat revolusi sebenar dalam fizik. Fizik klasik, berbeza dengan fizik moden, kini dipanggil "fizik sebelum Planck."

Pada tahun 1906, monograf Planck "Lectures on the Theory of Thermal Radiation" telah diterbitkan. Ia dicetak semula beberapa kali. Teori barunya termasuk, sebagai tambahan kepada pemalar Planck, kuantiti asas lain, seperti kelajuan cahaya dan nombor yang dikenali sebagai pemalar Boltzmann. Pada tahun 1901, berdasarkan data eksperimen tentang sinaran badan hitam, Planck mengira nilai pemalar Boltzmann dan, menggunakan maklumat lain yang diketahui, memperoleh nombor Avogadro (bilangan atom dalam satu mol unsur). Berdasarkan nombor Avogadro, Planck dapat mencari cas elektrik bagi elektron dengan ketepatan yang paling tinggi.

Daripada formula Planck, dalam bentuk kes khas, kedua-dua hukum Wien dan hubungan Stefan-Boltzmann boleh diperolehi, menunjukkan bahawa jumlah tenaga sinaran badan adalah berkadar dengan suhu mutlaknya dengan kuasa keempat.

Ahli fizik menarik nafas lega: "malapetaka ultraungu" berakhir dengan agak gembira.

Planck sama sekali bukan seorang revolusioner, dan dia sendiri mahupun ahli fizik lain tidak menyedari makna mendalam konsep "kuantum". Bagi Planck, kuantum hanyalah satu cara yang memungkinkan untuk memperoleh formula yang memberikan persetujuan yang memuaskan dengan lengkung sinaran badan hitam. Dia berulang kali cuba mencapai persetujuan dalam tradisi klasik, tetapi tidak berjaya.

Beginilah cara Planck menggambarkan keraguan yang menyiksanya: “...sama ada kuantum tindakan adalah kuantiti rekaan - maka keseluruhan terbitan hukum sinaran pada asasnya adalah ilusi dan hanyalah permainan formula tanpa kandungan, atau terbitan undang-undang ini adalah berdasarkan pemikiran fizikal yang betul - kemudian kuantum tindakan sepatutnya memainkan peranan asas dalam fizik, kemudian penampilannya menandakan sesuatu yang benar-benar baru, sehingga kini tidak pernah didengari, yang nampaknya memerlukan transformasi asas-asas pemikiran fizikal kita..."

Pada masa yang sama, dia menyatakan dengan gembira kejayaan pertama teori kuantum, yang diikuti hampir serta-merta.

Kedudukan teori kuantum diperkukuh pada tahun 1905, apabila Albert Einstein menggunakan konsep foton - kuantum sinaran elektromagnet. Einstein mencadangkan bahawa cahaya mempunyai dua sifat: ia boleh bertindak sebagai gelombang dan sebagai zarah. Pada tahun 1907, Einstein mengukuhkan lagi kedudukan teori kuantum dengan menggunakan konsep kuantum untuk menjelaskan percanggahan misteri antara ramalan teori dan pengukuran eksperimen bagi muatan haba tentu jasad. Pengesahan lanjut tentang potensi kuasa inovasi Planck datang pada tahun 1913 daripada Niels Bohr, yang menggunakan teori kuantum pada struktur atom.

Pengarang: Samin D.K.

Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian Penemuan saintifik yang paling penting:

▪ Teori struktur kimia

▪ Model geosentrik dunia

▪ Konsep big bang

Lihat artikel lain bahagian Penemuan saintifik yang paling penting.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan 15.04.2024

Dalam dunia teknologi moden di mana jarak menjadi semakin biasa, mengekalkan hubungan dan rasa dekat adalah penting. Perkembangan terkini dalam kulit tiruan oleh saintis Jerman dari Universiti Saarland mewakili era baharu dalam interaksi maya. Penyelidik Jerman dari Universiti Saarland telah membangunkan filem ultra nipis yang boleh menghantar sensasi sentuhan dari jauh. Teknologi canggih ini menyediakan peluang baharu untuk komunikasi maya, terutamanya bagi mereka yang mendapati diri mereka jauh daripada orang tersayang. Filem ultra-nipis yang dibangunkan oleh penyelidik, hanya 50 mikrometer tebal, boleh disepadukan ke dalam tekstil dan dipakai seperti kulit kedua. Filem ini bertindak sebagai penderia yang mengenali isyarat sentuhan daripada ibu atau ayah, dan sebagai penggerak yang menghantar pergerakan ini kepada bayi. Ibu bapa yang menyentuh fabrik mengaktifkan penderia yang bertindak balas terhadap tekanan dan mengubah bentuk filem ultra-nipis. ini ...>>

Petgugu Global kotoran kucing 15.04.2024

Menjaga haiwan peliharaan selalunya boleh menjadi satu cabaran, terutamanya dalam hal menjaga kebersihan rumah anda. Penyelesaian menarik baharu daripada pemula Global Petgugu telah dipersembahkan, yang akan menjadikan kehidupan lebih mudah bagi pemilik kucing dan membantu mereka memastikan rumah mereka bersih dan kemas dengan sempurna. Startup Petgugu Global telah melancarkan tandas kucing unik yang boleh menyiram najis secara automatik, memastikan rumah anda bersih dan segar. Peranti inovatif ini dilengkapi dengan pelbagai sensor pintar yang memantau aktiviti tandas haiwan kesayangan anda dan diaktifkan untuk membersihkan secara automatik selepas digunakan. Peranti ini bersambung ke sistem pembetung dan memastikan penyingkiran sisa yang cekap tanpa memerlukan campur tangan daripada pemilik. Selain itu, tandas mempunyai kapasiti storan boleh siram yang besar, menjadikannya sesuai untuk isi rumah berbilang kucing. Mangkuk sampah kucing Petgugu direka bentuk untuk digunakan dengan sampah larut air dan menawarkan pelbagai jenis tambahan ...>>

Daya tarikan lelaki penyayang 14.04.2024

Stereotaip bahawa wanita lebih suka "budak jahat" telah lama tersebar luas. Walau bagaimanapun, penyelidikan baru-baru ini yang dijalankan oleh saintis British dari Universiti Monash menawarkan perspektif baru mengenai isu ini. Mereka melihat bagaimana wanita bertindak balas terhadap tanggungjawab emosi lelaki dan kesanggupan untuk membantu orang lain. Penemuan kajian itu boleh mengubah pemahaman kita tentang perkara yang menjadikan lelaki menarik kepada wanita. Kajian yang dijalankan oleh saintis dari Universiti Monash membawa kepada penemuan baharu tentang daya tarikan lelaki kepada wanita. Dalam eksperimen itu, wanita ditunjukkan gambar lelaki dengan cerita ringkas tentang tingkah laku mereka dalam pelbagai situasi, termasuk reaksi mereka terhadap pertemuan dengan gelandangan. Sebahagian daripada lelaki itu tidak mengendahkan gelandangan itu, manakala yang lain membantunya, seperti membelikan dia makanan. Kajian mendapati lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan lebih menarik perhatian wanita berbanding lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan. ...>>

Berita rawak daripada Arkib

Piawaian fizikal kilogram akan digantikan dengan formula kuantum 14.11.2018

Dunia tidak lagi menggunakan standard kilogram, yang telah disimpan di Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa di Sevres, Perancis sejak 1889. Ini adalah silinder kecil yang diperbuat daripada aloi platinum dan iridium. Sebabnya ialah jisimnya boleh berubah.

"Ini tidak begitu baik, memandangkan ketepatan dalam pengukuran yang kami perlukan pada masa ini," kata Thomas Grenon, ketua Makmal Kebangsaan untuk Metrologi dan Ujian Perancis.

Kilogram kekal sebagai ukuran terakhir yang bergantung pada objek fizikal. Pada 16 November di Versailles pada Persidangan Agung ke-26 Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa, segala-galanya akan berubah. Untuk satu kilogram, formula akan diguna pakai. Ini akan menjadi formula universal untuk menentukan kilogram berdasarkan undang-undang fizik kuantum.

Kini satu kilogram akan ditentukan bukan dengan berat standard, tetapi dengan jumlah tenaga elektrik yang diperlukan untuk menggerakkan objek seberat satu kilogram. Dan tenaga pula dikira berdasarkan pemalar Planck.

Persidangan Agung Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa di Istana Paris Versailles juga akan membincangkan takrifan unit pengukuran antarabangsa utama yang lain - unit ampere (A) arus elektrik, unit kelvin (K) suhu termodinamik, dan tahi lalat - unit ukuran jumlah bahan.

Konsep gram dan kilogram telah diperkenalkan ke dalam sains pada tahun 1795. Air diambil sebagai asas: dipercayai bahawa satu kilogram sama dengan berat satu liter air. Untuk standard jisim, silinder platinum pertama kali dibuat, dan kemudian silinder platinum-iridium.

Piawaian itu disimpan di bawah perlindungan yang boleh dipercayai. Di bawah dua penutup kaca, dari mana udara dipam keluar. Lebih-lebih lagi, hanya tiga orang di seluruh dunia mempunyai akses ke bilik di mana standard berdiri. Setiap orang mempunyai kunci mereka sendiri. Tetapi adalah mungkin untuk membuka pintu dan memasuki bilik dengan standard hanya dengan memutar tiga kunci pada masa yang sama. Tetapi itu tidak membantu sama ada. Menjelang akhir abad ke-XNUMX, saintis mendapati bahawa piawaian itu secara beransur-ansur kehilangan jisim.

Berita menarik lain:

▪ Daya tarikan pizza

▪ SHARP Mengumumkan Paparan LCD Kontras Kesejuta

▪ Lampu suluh terkecil

▪ Menambang uranium daripada air laut

▪ Bar bunyi Yamaha SR-C30A dengan subwufer wayarles padat

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian laman web Pengawal mikro. Pemilihan artikel

▪ artikel Mata yang tidak tidur. Ungkapan popular

▪ artikel Apakah itu nadi? Jawapan terperinci

▪ artikel Mini-velomobile. Pengangkutan peribadi

▪ artikel Antena tri-jalur ringkas. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ artikel Skim, kabel pinout (pinout) Panasonic GD-70, GD-90. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web