M. Plancki avastused, N

Selles artiklis tutvustatakse Max Plancki saksa füüsiku lühikest elulugu.

Max Plancki lühike elulugu

Max Karl Ernst Ludwig Planck sündis aastal 23. aprill 1858. aastal Kilevi linnas. Tema isa oli tsiviilõiguse professor. Juba väga noorelt hakkas poiss ilmutama erakordseid muusikalisi võimeid, õppides mängima klaverit ja orelit.

1867. aastal kolis tema pere elama Münchenisse. Siin astus Max Planck Royal Classical Gümnaasiumi, kus tekkis huvi loodus- ja täppisteaduste vastu.

1874. aastal seisis Planck valiku ees – kas jätkata muusikaõpinguid või õppida füüsikat. Ta eelistas viimast. Max asus õppima füüsikat ja matemaatikat Berliini ja Müncheni ülikoolidesse, süvendades teadmisi kvantteooriast, termodünaamikast, tõenäosusteooriast, soojuskiirguse teooriast, füüsika ajaloost ja metoodikast.

1900. aastal sõnastas noor teadlane musta keha spektris energiajaotuse seaduse, tuues sisse funktsionaalse mõõtmega konstandi. Max Plancki valem sai kohe katselise kinnituse. See oli teaduse sensatsioon. Ta lõi nn Plancki konstandi ehk tegevuskvanti – see on füüsikas üks universaalsetest konstantidest. Ja kuupäev 14. detsember 1900, päev, mil Max Planck esitas Saksa Füüsika Seltsis ettekande kiirgusseaduse teoreetiliste aluste kohta, sai uue kvantteooria sünnikuupäevaks.

Suure tähtsusega oli ka Plancki tõenäosusteooria uurimus. Saksa teadlane oli üks esimesi, kes sellest aru sai ja seda visalt toetas. Siin jätkuvad tema teadussaavutused – 1906. aastal tuletas Max Planck relativistliku dünaamika võrrandi, saades oma uurimistöö käigus valemid elektroni impulsi ja energia määramiseks. Nii viisid teadlased lõpule klassikalise mehaanika relativiseerimise.

1919. aastal sai Max Planck 1918. aasta Nobeli füüsikaauhinna. Tema saavutuste loend sisaldas järgmist - "märgina tema teenete kaalukust füüsika arendamisel energiakvantide avastamise kaudu".

Vaatamata suurtele saavutustele teaduses oli Plancki isiklik elu väga traagiline. Tema esimene naine suri varakult, jättes talle 4 last – kaks tütart ja kaks poega. Ta abiellus teist korda ja sündis teadlase viies laps - poiss. Tema vanim poeg suri Esimeses maailmasõjas ja kaks tütart surid sünnituse ajal. Tema teine ​​poeg hukati Hitleri mõrvakatses osalemise eest.

Max Planck suri Göttingenis 4. oktoober 1947. aastal tema 90. sünnipäevani on jäänud vaid kuus kuud.

Planck, kes oli tema looja ja kui oluliseks ta sai kaasaegse teaduse arengus. Samuti näidatakse kvantiseerimise idee tähtsust kogu mikromaailma jaoks.

Nutitelefon ja kvantfüüsika

Meid ümbritsev kaasaegne maailm erineb tehnoloogia poolest väga palju kõigest sellest, mis oli tuttav sada aastat tagasi. Kõik see sai võimalikuks ainult seetõttu, et kahekümnenda sajandi koidikul ületasid teadlased barjääri ja mõistsid lõpuks: mateeria väikseimas mastaabis ei ole pidev. Ja selle ajastu avas tähelepanuväärne mees - Max Planck.

Plancki elulugu

Tema järgi on nimetatud üks füüsikalisi konstante, kvantvõrrand, Saksamaa teadusringkond, asteroid ja kosmoseteleskoop. Tema kujutis oli reljeefselt müntidele ja markidele ja rahatähtedele trükitud. Milline inimene oli Max Planck? Ta sündis üheksateistkümnenda sajandi keskel vaeses saksa aadliperekonnas. Tema esivanemate hulgas oli palju häid juriste ja kirikuteenistujaid. M. Planck sai hea hariduse, kuid kaasfüüsikud nimetasid teda naljatamisi "iseõppijaks". Teadlane sai oma põhiteadmised raamatutest.

Plancki hüpotees sündis eeldusest, mille ta tuletas teoreetiliselt. Oma teaduslikus karjääris järgis ta põhimõtet "teadus on esikohal". Esimese maailmasõja ajal püüdis Planck säilitada sidemeid väliskolleegidega Saksamaa vaenuriikidest. Natside saabumine leidis ta suure teadusringkonna direktorina - teadlane püüdis oma töötajaid kaitsta ja aitas režiimi eest põgenejatel välismaale minna. Nii et Plancki hüpotees polnud ainus, mille eest teda austati. Kuid ta ei võtnud kunagi avalikult Hitleri vastu sõna, mõistes ilmselt, et ta mitte ainult ei kahjusta ennast, vaid ei suuda ka aidata neid, kes seda vajavad. Kahjuks ei aktsepteerinud paljud füüsikud seda M. Plancki seisukohta ja lõpetasid temaga kirjavahetuse. Tal oli viis last ja ainult noorim jäi isa ellu. Vanima poja viis ära Esimene maailmasõda, keskmise teine ​​maailmasõda. Mõlemad tütred ei elanud sünnitust üle. Samal ajal märkisid kaasaegsed, et ainult kodus oli Planck tema ise.

Kvantide allikad

Teadlast on see huvitanud juba kooliajast saadik.See ütleb: igasugune protsess toimub ainult kaose suurenemise ja energia või massi kadumisega. Ta sõnastas selle esimesena täpselt nii – entroopia osas, mis termodünaamilises süsteemis saab ainult kasvada. Hiljem viis see töö kuulsa Plancki hüpoteesi sõnastamiseni. Ta oli ka üks neist, kes juurutas matemaatika ja füüsika lahutamise traditsiooni, luues praktiliselt viimase teoreetilise osa. Enne teda olid kõik loodusteadused segatud ja katseid viisid läbi üksikisikud laborites, mis peaaegu ei erinenud alkeemilistest.

Kvanthüpotees

Uurides elektromagnetlainete entroopiat ostsillaatorite mõistes ja toetudes kaks päeva varem, 19. oktoobril 1900 saadud katseandmetele, esitas Planck teistele teadlastele valemi, mis hiljem tema järgi nime sai. See puudutas kiirguse energiat, lainepikkust ja temperatuuri (piiraval juhul tegid tema kolleegid Rubensi juhtimisel selle teooria kinnitamiseks katseid. Ja see osutus õigeks! Kuid selleks, et teoreetiliselt sellest valemist tulenevat hüpoteesi põhjendama ja samas vältima matemaatilisi keerukusi nagu lõpmatused, pidi Planck tunnistama, et energiat ei väljastata mitte pidevas voos, nagu varem arvati, vaid eraldi portsjonitena (E = hν) Selline lähenemine hävitas kõik olemasolevad ideed tahke keha kohta.Plancki kvanthüpotees muutis füüsikas pöörde.

Kvantimise tagajärjed

Alguses ei mõistnud teadlane oma avastuse tähtsust. Mõnda aega kasutati tema tuletatud valemit vaid mugava viisina arvutamiseks tehtavate matemaatiliste tehtete arvu vähendamiseks. Samal ajal kasutasid nii Planck kui ka teised teadlased pidevaid Maxwelli võrrandeid. Ainus, mis mind segadusse ajas, oli konstantne h, millele ei osatud anda füüsilist tähendust. Hiljem mõistsid Plancki hüpoteesi tähtsust vaid Albert Einstein ja Paul Ehrenfest, mõistes uusi radioaktiivsuse nähtusi ja püüdes leida optiliste spektrite matemaatilist alust. Nad ütlevad, et aruanne, kus valemit esimest korda esitleti, avas uue füüsika ajastu. Einstein oli ilmselt esimene, kes selle alguse ära tundis. Nii et see on ka tema teene.

Mis on kvantiseeritud

Kõik olekud, mida iga elementaarosake võib eeldada, on diskreetsed. Lõksus elektron saab olla ainult teatud tasemetel. Aatomi ergastamine, nagu ka vastupidine protsess – emissioon, toimub ka hüpetes. Kõik elektromagnetilised vastasmõjud on vastava energia kvantide vahetus. Inimkond on aatomi energiat rakendanud ainult tänu diskreetsuse mõistmisele. Loodame, et nüüd ei teki lugejatel küsimust, mis on Plancki hüpotees ja milline on selle mõju tänapäeva maailmale ja seega ka igale inimesele.

Saksa füüsik Max Karl Ernst Ludwig Planck sündis Kielis (mis kuulus siis Preisimaale), tsiviilõiguse professori Johann Julius Wilhelm von Plancki ja Emma (sünd. Patzig) Plancki perekonnas. Lapsena õppis poiss mängima klaverit ja orelit, paljastades erakordsed muusikalised võimed. 1867. aastal kolis perekond Münchenisse ja seal astus P. Kuninglikku Maximiliani klassikalisse gümnaasiumi, kus suurepärane matemaatikaõpetaja äratas esmakordselt temas huvi loodus- ja täppisteaduste vastu. Pärast keskkooli lõpetamist 1874. aastal kavatses ta õppida klassikalist filoloogiat, proovis kätt heliloomingus, kuid eelistas seejärel füüsikat.

Kolm aastat õppis P. Müncheni ülikoolis matemaatikat ja füüsikat ning aasta Berliini ülikoolis. Üks tema Müncheni professoritest, eksperimentaalfüüsik Philipp von Jolly, osutus halvaks prohvetiks, kui ta soovitas noorel P.-l mõni muu elukutse valida, kuna tema sõnul polnud füüsikas enam midagi põhimõtteliselt uut avastada. See tollal laialt levinud seisukoht tekkis 19. sajandi teadlaste erakordse edu mõjul. oleme saavutanud oma teadmiste suurendamisel füüsikaliste ja keemiliste protsesside kohta.

Berliinis viibides omandas P. laiema vaate füüsikast tänu silmapaistvate füüsikute Hermann von Helmholtzi ja Gustav Kirchhoffi publikatsioonidele ning Rudolf Clausiuse artiklitele. Nende teoste tundmine aitas kaasa asjaolule, et P. teaduslikud huvid keskendusid pikka aega termodünaamikale – füüsika valdkonnale, kus vähese hulga fundamentaalsete seaduste alusel on soojuse, mehaanilise energia ja energia nähtused. konversiooni uuritakse. P. sai doktorikraadi 1879. aastal, kaitstes Müncheni ülikoolis väitekirja termodünaamika teisest seadusest, mis väidab, et ükski pidev isemajandav protsess ei suuda soojust külmemalt kehalt soojemale üle kanda.

Järgmisel aastal kirjutas P. veel ühe termodünaamika alase töö, mis tõi talle Müncheni ülikooli füüsikateaduskonna nooremassistendi ametikoha. 1885. aastal sai temast Kieli ülikooli dotsent, mis tugevdas tema iseseisvust, finantsseisundit ja andis rohkem aega teaduslikuks uurimistööks. P. töö termodünaamika ja selle rakenduste kohta füüsikalises keemias ja elektrokeemias tõi talle rahvusvahelise tunnustuse. 1888. aastal sai temast Berliini ülikooli dotsent ja Teoreetilise Füüsika Instituudi direktor (direktori ametikoht loodi spetsiaalselt tema jaoks). Korraliseks (täis)professoriks sai 1892. aastal.

Alates 1896. aastast hakkas P. huvi tundma Berliini Riiklikus Füüsika- ja Tehnikainstituudis tehtud mõõtmiste, samuti kehade soojuskiirguse probleemide vastu. Iga soojust sisaldav keha kiirgab elektromagnetilist kiirgust. Kui keha on piisavalt kuum, muutub see kiirgus nähtavaks. Temperatuuri tõustes muutub keha esmalt punaseks, seejärel oranžikaskollaseks ja lõpuks valgeks. Kiirgus kiirgab sageduste segu (nähtavas piirkonnas vastab kiirguse sagedus värvile). Kuid keha kiirgus ei sõltu ainult temperatuurist, vaid teatud määral ka pinna omadustest, nagu värvus ja struktuur.

Füüsikud on võtnud kujuteldava absoluutse musta keha ideaalseks mõõtmis- ja teoreetiliste uuringute standardiks. Definitsiooni järgi on täiesti must keha keha, mis neelab kogu sellele langeva kiirguse ega peegelda midagi. Musta keha kiirgav kiirgus sõltub ainult selle temperatuurist. Kuigi sellist ideaalset korpust pole olemas, võib ligikaudseks aluseks olla väikese avaga suletud kest (näiteks korralikult ehitatud ahi, mille seinad ja sisu on samal temperatuuril tasakaalus).

Üheks tõestuseks sellise kesta musta keha omaduste kohta on järgmine. Aukusse sattunud kiirgus siseneb õõnsusse ja seintelt peegeldudes peegeldub osaliselt ja osaliselt neeldub. Kuna tõenäosus, et kiirgus tuleb arvukate peegelduste tulemusena läbi augu välja, on väga väike, neeldub see peaaegu täielikult. Õõnsusest lähtuvat ja aukust väljuvat kiirgust peetakse üldiselt võrdväärseks kiirgusega, mida kiirgab õõnsuse ja kesta temperatuuril musta keha pinnal olev augusuurune ala. Oma uurimistööd ette valmistades luges P. Kirchhoffi tööd sellise auguga kesta omaduste kohta. Kiirgusenergia vaadeldud jaotuse täpset kvantitatiivset kirjeldust nimetatakse sel juhul musta keha probleemiks.

Nagu musta keha katsed on näidanud, on energia (heleduse) ja sageduse või lainepikkuse graafik iseloomulik kõver. Madalatel sagedustel (pikad lainepikkused) surutakse see vastu sagedustelge, siis mingil vahesagedusel saavutab maksimumi (ümardatud tipuga tipp) ja siis kõrgematel sagedustel (lühikesed lainepikkused) väheneb. Temperatuuri tõustes säilitab kõver oma kuju, kuid nihkub kõrgemate sageduste suunas. Empiirilised seosed on kindlaks tehtud temperatuuri ja musta keha kiirguskõvera tipu sageduse (Wieni nihkeseadus, Wilhelm Wieni järgi) ning temperatuuri ja kogu kiirgusenergia vahel (Stefan-Boltzmanni seadus, mis sai nime Austria füüsikute Joseph Stefani järgi). ja Ludwig Boltzmann ), kuid keegi ei suutnud tuletada musta keha kiirguskõverat esimeste tol ajal teadaolevate põhimõtete põhjal.

Wienil õnnestus saada poolempiiriline valem, mida saab reguleerida nii, et see kirjeldab kõverat hästi kõrgetel sagedustel, kuid annab valesti edasi selle käitumist madalatel sagedustel. J. W. Strett (lord Rayleigh) ja inglise füüsik James Jeans rakendasid energia võrdse jaotuse põhimõtet musta keha ruumis olevate ostsillaatorite sageduste vahel ja jõudsid teisele valemile (Rayleigh-Jeansi valem). See reprodutseeris musta keha kiirguskõverat hästi madalatel sagedustel, kuid lahknes sellest kõrgetel sagedustel.

James Clerk Maxwelli valguse elektromagnetilise olemuse teooria (avaldatud 1873 ja Heinrich Hertzi poolt 1887 eksperimentaalselt kinnitatud) mõjul lähenes P. musta keha probleemile elementaarsete elektriliste ostsillaatorite vahelise energia jaotuse vaatenurgast. , mille füüsilist vormi ei täpsustatud kuidagi. Kuigi esmapilgul võib tunduda, et tema valitud meetod meenutab Rayleigh-Jeansi järeldust, lükkas P. tagasi mõned nende teadlaste poolt aktsepteeritud oletused.

Aastal 1900, pärast pikki ja järjekindlaid katseid luua teooria, mis rahuldavalt selgitaks katseandmeid, suutis P. tuletada valemi, mis, nagu avastasid Riikliku Füüsika ja Tehnoloogia Instituudi eksperimentaalfüüsikud, nõustus mõõtmistulemustega märkimisväärse täpsusega. . Plancki valemist järgnesid ka Wieni ja Stefan-Boltzmanni seadused. Kuid oma valemi tuletamiseks pidi ta juurutama radikaalse kontseptsiooni, mis läks vastuollu kõigi väljakujunenud põhimõtetega. Plancki ostsillaatorite energia ei muutu pidevalt, nagu tuleneks traditsioonilisest füüsikast, vaid võib võtta ainult diskreetseid väärtusi, mis kasvavad (või vähenevad) lõplike sammude kaupa. Iga energiasamm võrdub teatud konstandiga (nüüd nimetatakse seda Plancki konstandiks), mis on korrutatud sagedusega. Energia diskreetseid osi nimetati hiljem kvantideks. P. esitatud hüpotees tähistas kvantteooria sündi, mis viis füüsikas läbi tõelise revolutsiooni. Klassikaline füüsika, erinevalt kaasaegsest füüsikast, tähendab nüüd "füüsikat enne Plancki".

P. ei olnud mingil juhul revolutsionäär ning ei tema ise ega teised füüsikud polnud teadlikud mõiste "kvant" sügavast tähendusest. P. jaoks oli kvant vaid vahend, mis võimaldas tuletada valemi, mis andis rahuldava kokkuleppe absoluutselt musta keha kiirguskõveraga. Ta püüdis korduvalt kokkuleppele jõuda klassikalise traditsiooni raames, kuid edutult. Samal ajal märkis ta mõnuga kvantteooria esimesi õnnestumisi, mis järgnesid peaaegu kohe. Tema uus teooria hõlmas lisaks Plancki konstandile ka muid põhilisi suurusi, nagu valguse kiirus ja Boltzmanni konstandina tuntud arv. 1901. aastal arvutas P. musta keha kiirguse katseandmete põhjal Boltzmanni konstandi väärtuse ja sai muu teadaoleva teabe abil Avogadro arvu (aatomite arvu elemendi ühes moolis). Avogadro arvu põhjal suutis P. leida märkimisväärse täpsusega elektroni elektrilaengu.

Kvantideooria positsioon tugevnes 1905. aastal, kui Albert Einstein kasutas fotoni – elektromagnetilise kiirguse kvanti – mõistet, et selgitada fotoelektrilist efekti (elektronide emissioon metallpinnalt, mida valgustab ultraviolettkiirgus). Einstein pakkus välja, et valgusel on kahetine olemus: see võib käituda nii lainena (nagu kogu eelnev füüsika meid veenab) kui ka osakesena (mida tõendab fotoelektriline efekt). 1907. aastal tugevdas Einstein veelgi kvantteooria positsiooni, kasutades kvantide kontseptsiooni, et selgitada mõistatuslikke lahknevusi teoreetiliste ennustuste ja kehade soojusmahtuvuse eksperimentaalsete mõõtmiste vahel – soojushulk, mis on vajalik ühe massiühiku temperatuuri tõstmiseks. ühe kraadi võrra.

Veel üks kinnitus P. juurutatud uuenduse potentsiaalsele jõule tuli 1913. aastal Niels Bohrilt, kes rakendas aatomi struktuurile kvantteooriat. Bohri mudelis said elektronid aatomis olla ainult teatud energiatasemetel, mis on määratud kvantpiirangutega. Elektronide üleminekuga ühelt tasandilt teisele kaasneb energiaerinevuse vabanemine kiirguse footoni kujul, mille sagedus on võrdne footoni energia jagatud Plancki konstandiga. Nii saadi kvantseletus ergastatud aatomite poolt kiiratava kiirguse iseloomulike spektrite kohta.

1919. aastal pälvis P. 1918. aasta Nobeli füüsikaauhinna "tunnustamiseks tema teenete eest füüsika arendamisel energiakvantide avastamise kaudu". Nagu märkis A.G. Rootsi Kuningliku Teaduste Akadeemia liige Ekstrand ütles auhinnatseremoonial: “P. kiirgusteooria on kaasaegse füüsikalise uurimistöö juhttähtedest säravaim ja niipalju, kui võib hinnata, jääb see ka edaspidiseks. kaua aega enne, kui tema geeniuse hangitud aarded on ammendatud. 1920. aastal peetud Nobeli loengus võttis P. oma töö kokku ja tunnistas, et "kvantide juurutamine ei ole veel viinud tõelise kvantteooria loomiseni".

20ndad arengu tunnistajaks Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, P.A.M. Dirac ja teised kvantmehaanika esindajad – varustatud kvantteooria keeruka matemaatilise aparaadiga. P.-le ei meeldinud kvantmehaanika uus tõenäosuslik tõlgendus ja ta püüdis sarnaselt Einsteiniga ühildada ainult tõenäosusprintsiibil põhinevaid ennustusi klassikaliste põhjuslikkuse ideedega. Tema püüdlustel ei olnud määratud täituda: tõenäosuslik lähenemine jäi ellu.

P. panus kaasaegsesse füüsikasse ei piirdu ainult kvanti ja konstandi avastamisega, mis nüüd tema nime kannab. Talle avaldas tugevat muljet Einsteini erirelatiivsusteooria, mis avaldati 1905. aastal. P. täielik toetus uuele teooriale aitas suuresti kaasa sellele, et füüsikud aktsepteerisid erirelatiivsusteooriat. Tema muude saavutuste hulgas on tema pakutud Fokker-Plancki võrrandi tuletis, mis kirjeldab osakeste süsteemi käitumist väikeste juhuslike impulsside mõjul (Adrian Fokker on hollandi füüsik, kes täiustas meetodit, mida Einstein kasutas esmakordselt Browni liikumise kirjeldamiseks - vedelikus hõljuvate pisikeste osakeste kaootiline siksakiline liikumine). 1928. aastal, seitsmekümneaastaselt, asus Planck ametlikult pensionile jääma, kuid ei katkestanud sidemeid Kaiser Wilhelmi alusteaduste ühinguga, mille presidendiks sai ta 1930. aastal. Kaheksanda kümnendi künnisel jätkas ta tema teadustegevus.

P. isiklikku elu iseloomustas tragöödia. Tema esimene naine, sündinud Maria Merck, kellega ta abiellus 1885. aastal ja kes sünnitas talle kaks poega ja kaks kaksikud tütart, suri 1909. Kaks aastat hiljem abiellus ta õetütre Marga von Hessliniga, kellega tal oli ka poeg. P. vanim poeg suri Esimeses maailmasõjas ja järgnevatel aastatel surid sünnitusel mõlemad tema tütred. Teine poeg esimesest abielust hukati 1944. aastal, kuna ta osales ebaõnnestunud Hitleri-vastases vandenõus.

Väljakujunenud vaadete ja religioossete tõekspidamistega inimesena ning lihtsalt õiglase inimesena võttis P. pärast Hitleri võimuletulekut 1933. aastal avalikult sõna, et kaitsta juudi teadlasi, kes heideti ametikohalt välja ja sunniti emigreeruma. Ühel teaduskonverentsil tervitas ta Einsteini, kes oli natside poolt vihane. Kui P. Keiser Wilhelmi alusteaduste ühingu presidendina ametlikul visiidil Hitleri juurde tegi, kasutas ta võimalust, et proovida peatada juudi teadlaste tagakiusamist. Hitler alustas vastuseks tiraadi juutide vastu üldiselt. Seejärel muutus P. kinnisemaks ja vaikis, kuigi natsid kahtlemata teadsid tema seisukohtadest.

Kodumaad armastava patrioodina sai ta vaid palvetada, et saksa rahvas saaks tagasi oma normaalse elu. Ta jätkas teenimist erinevates Saksa haritud seltsides, lootuses kaitsta vähemalt väikest osa Saksa teadusest ja valgustusest täieliku hävimise eest. Pärast seda, kui tema kodu ja isiklik raamatukogu Berliini õhurünnaku käigus hävitati, püüdsid P. ja ta naine leida varjupaika Magdeburgi lähedal asuvas Rogetzi mõisas, kus nad sattusid taganevate Saksa vägede ja pealetungivate liitlasvägede vahele. Lõpuks avastasid Ameerika üksused Plancki paari ja viidi tollasesse turvalisse Göttingeni osariiki.

P. suri Göttingenis 4. oktoobril 1947, kuus kuud enne oma 90. sünnipäeva. Tema hauaplaadile on graveeritud ainult tema ees- ja perekonnanimi ning Plancki konstandi arvväärtus.

Sarnaselt Bohrile ja Einsteinile oli P. sügavalt huvitatud põhjuslikkuse, eetika ja vaba tahtega seotud filosoofilistest probleemidest ning kõneles neil teemadel trükis ning professionaalsete ja tavaliste publiku ees. Berliinis pastorina (kuid ilma preesterluseta) tegutsedes oli P. sügavalt veendunud, et teadus täiendab religiooni ning õpetab tõepärasust ja austust.

Kogu oma elu kandis P. armastust muusika vastu, mis temas varases lapsepõlves lahvatas. Suurepärase pianistina mängis ta sageli kammerteoseid koos oma sõbra Einsteiniga kuni Saksamaalt lahkumiseni. P. oli ka innukas mägironija ja veetis peaaegu kõik puhkused Alpides.

Lisaks Nobeli preemiale pälvis P. Londoni Kuningliku Seltsi Copley medali (1928) ja Maini-äärse Frankfurdi Goethe auhinna (1946). Saksa Füüsika Selts nimetas tema auks oma kõrgeima autasu Plancki medali ja P. ise oli selle aumärgi esimene saaja. Tema 80. sünnipäeva auks nimetati üks väikeplaneetidest Plancki ja pärast Teise maailmasõja lõppu nimetati Kaiser Wilhelmi alusteaduste selts ümber Max Plancki ühinguks. P. oli Saksamaa ja Austria Teaduste Akadeemia, samuti Inglismaa, Taani, Iirimaa, Soome, Kreeka, Hollandi, Ungari, Itaalia, Nõukogude Liidu, Rootsi, Ukraina ja Ameerika Ühendriikide teadusseltside ja akadeemiate liige. .

Kvantteooria sündis 1901. aastal, mil Max Planck pakkus välja teoreetilise järelduse keha temperatuuri ja selle keha kiiratava kiirguse vahelise seose kohta – järeldus, mis oli teistel teadlastel pikka aega kõrvale hiilinud. Nagu tema eelkäijad, tegi Planck ettepaneku, et kiirgust kiirgavad aatomiostsillaatorid, kuid ta uskus, et ostsillaatorite energia (ja seega ka nende kiirgav kiirgus) eksisteerib väikeste diskreetsete osadena, mida Einstein nimetas kvantideks. Iga kvanti energia on võrdeline kiirguse sagedusega. Kuigi Plancki tuletatud valem äratas üldist imetlust, jäid tema tehtud oletused mõnda aega ebaselgeks, kuna need olid vastuolus klassikalise füüsikaga. Aastal 1905 Albert Einstein kasutas kvantteooriat, et selgitada mõningaid fotoelektrilise efekti aspekte – elektronide emissiooni metalli pinnalt, millele langeb ultraviolettkiirgus. Teel märkis Einstein näilise paradoksi: valgus, mis oli pikka aega teadaolevalt liikunud pidevate lainetena, avaldab neeldumisel ja kiirgamisel diskreetseid omadusi.

Umbes kaheksa aastat hiljem Niels Bohr laiendas kvantteooriat aatomile ja selgitas leegis või elektrilahenduses ergastatud aatomite kiirgavate lainete sagedusi. Ernest Rutherford näitas, et aatomi mass on peaaegu täielikult koondunud positiivset elektrilaengut kandvasse kesktuuma, mis on suhteliselt suurte vahemaade tagant ümbritsetud negatiivset laengut kandvate elektronidega, mille tulemusena on aatom tervikuna elektriliselt neutraalne.

Bohr väitis, et elektronid võivad olla ainult teatud diskreetsetel orbiitidel, mis vastavad erinevatele energiatasemetele ning elektronide "hüppamisega" ühelt orbiidilt teisele madalama energiaga kaasnes footoni emissioon, mille energia oli võrdne kahe orbiidi energiate erinevusega. Plancki teooria kohaselt on sagedus võrdeline footoni energiaga. Seega lõi Bohri aatomimudel seose kiirgust kiirgavale ainele iseloomulike erinevate spektrijoonte ja aatomi struktuuri vahel. Vaatamata esialgsele edule nõudis Bohri aatomimudel teooria ja katse lahknevuste lahendamiseks peagi muudatusi. Lisaks ei pakkunud kvantteooria selles etapis veel süstemaatilist protseduuri paljude kvantprobleemide lahendamiseks. Siiski sai selgeks, et klassikaline füüsika ei suuda seletada tõsiasja, et kiirendatud elektron ei lange tuumale, kaotades elektromagnetlainete kiirgamisel energiat.

Kvantteooria uus oluline tunnus tekkis 1924. aastal, mil Louis de Prae esitada radikaalne hüpotees aine lainelise olemuse kohta: kui elektromagnetlained, näiteks valgus, käituvad mõnikord osakestena (nagu näitas Einstein), siis osakesed, nagu elektron, võivad teatud asjaoludel käituda lainetena. Seega on mikrokosmoses kustutatud piir klassikaliste osakeste ja klassikaliste lainete vahel. De Broglie sõnastuses on osakesele vastav sagedus seotud tema energiaga, nagu footoni (valguse osakese) puhul, kuid de Broglie pakutud matemaatiline avaldis oli ekvivalentne seos lainepikkuse, osakese massi vahel. , ja selle kiirus (impulss). Elektronlainete olemasolu tõestati eksperimentaalselt 1927. aastal. Clinton J. Davisson Ja Lester H. Germer Ameerika Ühendriikides ja George Paget Thomson Inglismaal.

See avastus viis omakorda loomiseni 1933. aastal. Ernst Ruska elektronmikroskoop.

Muljet avaldasid Einsteini kommentaarid de Broglie ideede kohta Erwin Schrödinger tegi katse rakendada elektronide lainekirjeldust järjepideva kvantteooria koostamiseks, mis ei ole seotud Bohri ebaadekvaatse aatomimudeliga. Teatud mõttes kavatses ta kvantteooriat lähemale tuua klassikalisele füüsikale, kuhu oli kogunenud palju näiteid lainete matemaatilistest kirjeldustest. Esimene katse, mille ta tegi 1925. aastal, lõppes ebaõnnestumisega. Elektronide kiirused olid Schrödingeri teoorias lähedased valguse kiirusele, mis eeldas Einsteini erirelatiivsusteooria kaasamist ja sellega ennustatud elektronmassi olulist suurenemist väga suurtel kiirustel.

Schrödingeri ebaõnnestumise üks põhjusi oli see, et ta ei võtnud arvesse elektroni spetsiifilise omaduse olemasolu, mida tänapäeval nimetatakse spinniks (elektroni pöörlemine ümber oma telje nagu tipu, kuid selline võrdlus ei ole täielikult õige), mille kohta sel ajal vähe teati. Schrödinger tegi järgmise katse aastal 1926. Seekord valiti elektronide kiirused nii väikesed, et relatiivsusteooriat ei olnud vaja kasutada. Teise katse tulemuseks oli Schrödingeri lainevõrrandi tuletamine, mis annab matemaatilise kirjelduse mateeria lainefunktsiooni järgi. Schrödinger nimetas oma teooriat lainemehaanikaks. Lainevõrrandi lahendused olid kooskõlas eksperimentaalsete vaatlustega ja avaldasid sügavat mõju kvantteooria edasisele arengule. Praegu on lainefunktsioon mikrosüsteemide kvantmehaanilise kirjelduse aluseks, sarnaselt Hamiltoni võrranditele klassikalises mehaanikas.

Mitte kaua enne Werner Heisenberg , Max Sündis Ja Pascual Jordaania avaldas teise kvantteooria versiooni, mida nimetatakse maatriksmehaanikaks ja mis kirjeldas kvantnähtusi vaadeldavate suuruste tabelite abil. Need tabelid kujutavad teatud viisil järjestatud matemaatilisi hulki, mida nimetatakse maatriksiteks, millel on teadaolevate reeglite järgi võimalik sooritada erinevaid matemaatilisi tehteid. Maatriksmehaanika võimaldas nõustuda ka vaadeldud eksperimentaalsete andmetega, kuid erinevalt lainemehaanikast ei sisaldanud see konkreetset viidet ruumilistele koordinaatidele ega ajale. Heisenberg nõudis eriti, et loobutaks mis tahes lihtsatest visuaalsetest esitusviisidest või mudelitest, eelistades ainult neid omadusi, mida saab määrata katsega, kuna tema arvates on mikromaailmal Plancki konstandi erilist rolli arvestades makromaailmast põhimõtteliselt erinev struktuur. , mis on maailmas suurtes kogustes tähtsusetu.

Schrödinger näitas, et lainemehaanika ja maatriksmehaanika on matemaatiliselt samaväärsed. Need kaks teooriat, mida nüüd tuntakse ühiselt kvantmehaanikana, pakkusid kauaoodatud ühist raamistikku kvantnähtuste kirjeldamiseks. Paljud füüsikud eelistasid lainemehaanikat, kuna selle matemaatiline aparaat oli neile tuttavam ja selle mõisted tundusid „füüsikalisemad”; maatriksitega tehtavad toimingud on tülikamad.

Varsti pärast seda, kui Heisenberg ja Schrödinger töötasid välja kvantmehaanika, Paul Dirac pakkus välja üldisema teooria, mis ühendas Einsteini erirelatiivsusteooria elemendid lainevõrrandiga. Diraci võrrand kehtib osakeste kohta, mis liiguvad suvalise kiirusega. Elektroni spinn ja magnetilised omadused lähtusid Diraci teooriast ilma täiendavate eeldusteta. Lisaks ennustas Diraci teooria antiosakeste, nagu positroni ja antiprootoni olemasolu, vastandmärgiliste elektrilaengutega osakeste kaksikud.

] Tegevtoimetaja L.S. Polak. Koostanud U.I. Frankfurt.
(Moskva: kirjastus "Nauka", 1975. - sari "Teaduse klassika")
Skannimine, töötlemine, vorming: ???, versioon: AAW, mor, 2010

• SISU:
  Toimetajalt (5).
  TERMODÜNAAMIKA
  Entroopia suurendamise põhimõttel. Esimene sõnum (9).
  Entroopia suurendamise põhimõttel. Teine sõnum (25).
  Entroopia suurendamise põhimõttel. Kolmas sõnum (36).
  Entroopia suurendamise põhimõttel. Neljas sõnum (69).
  Märkused Carnot-Clausiuse põhimõtte kohta (102).
  Hr Swinburne ja entroopia (106).
  Entroopia (109).
  Temperatuuri ja entroopia mehaanilisest tähendusest (111).
  Clausiuse teoreemist pöördumatute tsüklite ja entroopia suurenemise kohta (119).
  Gaaside kineetilise teooria poole. Kriitiline uurimine (121).
  Monatoomiliste kehade absoluutsest entroopiast (123).
  Absoluutne entroopia ja keemiline konstant (138).
  Entroopia statistilisest definitsioonist (144).
  Uus statistiline entroopia definitsioon (154).
  Nõrkade lahenduste potentsiaalide erinevusest (168).
  Nõrkade lahenduste võimaliku erinevuse kohta. Teine sõnum (173).
  Le Chatelier-Browni põhimõte (177).
  Märkused koguseparameetri, intensiivsuse parameetri ja stabiilse tasakaalu kohta (186).
  KIIRGUSTEOORIA JA KVANTTEOORIA
  Pöördumatute kiirgusprotsesside kohta (191).
  Kiirgusenergia entroopia ja temperatuur (234).
  Ühest Viini kiirgusseaduse täiustamisest (249).
  Normaalspektri kiirgusenergia jaotumise teooria poole (251).
  Energiajaotuse seadusest normaalspektris (258).
  Aine ja elektri elementaarkvandist (268).
  Pöördumatute kiirgusprotsesside kohta. Lisa (271).
  Soojuskiirguse seadused ja toime elementaarkvanti hüpotees (282).
  Kvanthüpoteesi kaasaegne tähtsus gaaside kineetilisele teooriale (311).
  Kvanthüpoteesi muudetud sõnastus (325).
  Kvanttoimingutest elektrodünaamikas (331).
  Faasiruumi füüsiline struktuur (339).
  Soojuskiirguse olemusest (370).
  Monatoomilise gaasi kvantiseerimise küsimusest (384).
  Valguskvantide füüsiline reaalsus (393).
  Schrödingeri lainemehaanika tööst (398).
  Katse sünteesida laine- ja korpuskulaarmehaanikat (401).
  Katse sünteesida laine- ja korpuskulaarmehaanikat. Lisa (417).
  Katse sünteesida laine- ja korpuskulaarmehaanikat. Teine sõnum (419).
  Tegevuse kvanti avastamise ajaloost (431).
  RELATIIVSUSTEOORIA
  Relatiivsusteooria printsiip ja mehaanika põhivõrrandid (445).
  Kaufmani b-ray läbipainde mõõtmised ja nende mõju elektronide dünaamikale (449).
  Lisa Kaufmani mõõtmiste arutelule (462).
  Liikuvate süsteemide dünaamikast (466).
  Märkused toime- ja reaktsiooniprintsiibi kohta üldises dünaamikas (494).
  Ühtlane pöörlemine ja Lorentzi kontraktsioon (498).
  ARTIKLID JA KÕNED
  Uuest füüsikast (501).
  Teoreetiline füüsika (506).
  Heinrich Rudolf Hertz (510).
  Paul Drude (531).
  Helmholtzi teened teoreetilises füüsikas (553).
  Gottfried Wilhelm Leibniz (550).
  W. Friedrichi, P. Knipschgi ja M. Laue tehtud leiu 25. aastapäevaks (561).
  Mälestused (564).
  Kakskümmend aastat tööd füüsilise maailmapildi kallal (568).
  Teaduslike ideede päritolu ja mõju (590).
  Kvantteooria tekkimine ja järkjärguline areng (603).
  Füüsilise maailmapildi ühtsus (613).
  Kaasaegse füüsika suhe mehaanilise maailmapildiga (634).
  Teaduslik autobiograafia (649).
  Akadeemilised kõned (664).
  RAKENDUS
  M. Planck ja kvantfüüsika teke. L.S. Polak (685).
  Kommentaarid ühele M. Plancki artiklile. A.N. Frumkin (735).
  M. Plancki termodünaamilised tööd. U.I. Frankfurt (737).
  M. Planck füüsikalise keemikuna. Yu.I. Solovjov (745).
  M. Plancki teosed erirelatiivsusteooriast. JA MINA. Itenberg, W.I. Frankfurt (754).
  M. Plancki filosoofilised vaated. Yu.V. Sachkov, E.M. Tšudinov (757).
  Bibliograafia (762).
  Nimeindeks (781).

Kirjastaja kokkuvõte: See kaasaegse füüsika ühe rajaja Max Plancki valitud teoste väljaanne sisaldab artikleid termodünaamikast, statistilisest füüsikast, kvantteooriast, erirelatiivsusteooriast, aga ka füüsika ja keemia üldküsimustest.
Raamat pakub huvi füüsikutele, keemikutele, füüsika- ja keemiaajaloolastele.