Otkrića M. Plancka, N

U ovom članku predstavljena je kratka biografija njemačkog fizičara Maxa Plancka.

Max Planck kratka biografija

Max Karl Ernst Ludwig Planck rođen je godine 23. travnja 1858. godine u gradu Kilevu. Otac mu je bio profesor građanskog prava. Od malih nogu dječak je počeo pokazivati ​​izvanredne glazbene sposobnosti, učeći svirati klavir i orgulje.

Godine 1867. njegova se obitelj preselila živjeti u München. Ovdje je Max Planck ušao u Kraljevsku klasičnu gimnaziju, gdje je razvio interes za prirodne i egzaktne znanosti.

Godine 1874. Planck se našao pred izborom - nastaviti studij glazbe ili studirati fiziku. Više je volio ovo drugo. Max je počeo studirati fiziku i matematiku na sveučilištima u Berlinu i Münchenu, produbljujući svoje znanje o kvantnoj teoriji, termodinamici, teoriji vjerojatnosti, teoriji toplinskog zračenja, povijesti i metodologiji fizike.

Godine 1900. mladi je znanstvenik formulirao zakon raspodjele energije u spektru crnog tijela, uvodeći konstantu s funkcionalnom dimenzijom. Formula Maxa Plancka odmah je dobila eksperimentalnu potvrdu. Bila je to senzacija u znanosti. Stvorio je takozvanu Planckovu konstantu ili kvant djelovanja - to je jedna od univerzalnih konstanti u fizici. A datum 14. prosinca 1900., dan kada je Max Planck u Njemačkom fizikalnom društvu predstavio izvješće o teoretskim temeljima zakona zračenja, postao je datum rođenja nove kvantne teorije.

Planckovo istraživanje teorije vjerojatnosti također je bilo od velike važnosti. Njemački znanstvenik to je među prvima shvatio i ustrajno podržavao. Tu se nastavljaju njegova znanstvena postignuća - Max Planck je 1906. godine izveo jednadžbu relativističke dinamike, dobivši tijekom svojih istraživanja formule za određivanje količine gibanja i energije elektrona. Time su znanstvenici dovršili relativizaciju klasične mehanike.

Godine 1919. Max Planck je dobio Nobelovu nagradu za fiziku za 1918. godinu. Popis njegovih postignuća uključivao je sljedeće - "kao znak težine njegovih zasluga u razvoju fizike kroz otkriće kvanta energije."

Unatoč velikim dostignućima u znanosti, Planckov osobni život bio je vrlo tragičan. Prva žena mu je rano umrla, ostavivši ga s 4 djece - dvije kćeri i dva sina. Oženio se drugi put i znanstveniku je rođeno peto dijete - dječak. Njegov najstariji sin poginuo je tijekom Prvog svjetskog rata, a dvije kćeri umrle su pri porodu. Njegov drugi sin je pogubljen zbog sudjelovanja u pokušaju atentata na Hitlera.

Max Planck umro je u Göttingenu 4. listopada 1947. godine samo šest mjeseci manje od njegovog 90. rođendana.

Plancka, tko je njezin tvorac i koliko je postala važna za razvoj moderne znanosti. Također je prikazana važnost ideje kvantizacije za cijeli mikrosvijet.

Pametni telefon i kvantna fizika

Suvremeni svijet oko nas tehnološko se jako razlikuje od svega što je bilo poznato prije sto godina. Sve je to postalo moguće samo zato što su u osvit dvadesetog stoljeća znanstvenici prevladali barijeru i konačno shvatili: materija na najsitnijim razmjerima nije kontinuirana. A ovu eru otvorio je izvanredan čovjek - Max Planck.

Biografija Plancka

Po njemu je nazvana jedna od fizikalnih konstanti, kvantna jednadžba, znanstvena zajednica u Njemačkoj, asteroid i svemirski teleskop. Njegov lik utisnut je na kovanice i otisnut na marke i novčanice. Kakva je osoba bio Max Planck? Rođen je sredinom devetnaestog stoljeća u siromašnoj njemačkoj plemićkoj obitelji. Među njegovim precima bilo je mnogo dobrih odvjetnika i crkvenih službenika. M. Planck stekao je dobro obrazovanje, ali su ga kolege fizičari u šali nazivali "samoukom". Znanstvenik je svoja osnovna znanja dobio iz knjiga.

Planckova hipoteza rođena je iz pretpostavke koju je on teorijski izveo. U svojoj znanstvenoj karijeri držao se načela “znanost na prvom mjestu”. Tijekom Prvog svjetskog rata Planck je pokušao održati veze sa stranim kolegama iz njemačkih neprijateljskih zemalja. Dolazak nacista zatekao ga je na mjestu direktora velike znanstvene zajednice – a znanstvenik je nastojao zaštititi svoje zaposlenike i pomagao onima koji su pobjegli od režima da odu u inozemstvo. Dakle, Planckova hipoteza nije bila jedina stvar zbog koje je bio poštovan. Međutim, nikada nije otvoreno istupio protiv Hitlera, očito shvaćajući da ne samo da će naštetiti sebi, već i da neće moći pomoći onima kojima je potrebna. Nažalost, mnogi fizičari nisu prihvatili ovaj stav M. Plancka i prestali su se s njim dopisivati. Imao je petero djece, a samo je najmlađe nadživjelo oca. Najstarijeg sina odnio je Prvi svjetski rat, srednjeg Drugi svjetski rat. Obje kćeri nisu preživjele porod. U isto vrijeme, suvremenici su primijetili da je samo kod kuće Planck bio on sam.

Izvori kvanti

Još od školske klupe, znanstvenika je to zanimalo.Kaže: svaki proces se događa samo uz povećanje kaosa i gubitak energije ili mase. On je to prvi formulirao upravo tako - u terminima entropije, koja u termodinamičkom sustavu može samo rasti. Kasnije je to djelo dovelo do formulacije poznate Planckove hipoteze. Bio je i jedan od onih koji su uveli tradiciju razdvajanja matematike i fizike, praktički stvorivši teorijski dio potonje. Prije njega sve su prirodne znanosti bile pomiješane, a pokuse su provodili pojedinci u laboratorijima koji se gotovo ni po čemu nisu razlikovali od alkemijskih.

Kvantna hipoteza

Istražujući entropiju elektromagnetskih valova u smislu oscilatora i oslanjajući se na eksperimentalne podatke dobivene dva dana ranije, 19. listopada 1900., Planck je drugim znanstvenicima predstavio formulu koja će kasnije po njemu dobiti ime. Povezao je energiju, valnu duljinu i temperaturu zračenja (u graničnom slučaju za Sljedeće noći, njegovi kolege pod vodstvom Rubensa izveli su pokuse kako bi potvrdili ovu teoriju. I pokazalo se da je točna! Međutim, kako bi teorijski potkrijepiti hipotezu koja proizlazi iz ove formule i istodobno izbjeći matematičke složenosti poput beskonačnosti, Planck je morao priznati da se energija ne emitira u kontinuiranom toku, kao što se prije mislilo, već u odvojenim dijelovima (E = hν). Ovaj pristup uništio je sve postojeće ideje o čvrstom tijelu Planckova kvantna hipoteza revolucionirala je fiziku.

Posljedice kvantizacije

U početku, znanstvenik nije shvatio važnost svog otkrića. Neko se vrijeme formula koju je izveo koristila samo kao prikladan način za smanjenje broja matematičkih operacija za izračun. Istovremeno su i Planck i drugi znanstvenici koristili kontinuirane Maxwellove jednadžbe. Jedino što me zbunjivalo bila je konstanta h, kojoj se nije moglo dati fizičko značenje. Kasnije su tek Albert Einstein i Paul Ehrenfest, shvaćajući nove fenomene radioaktivnosti i pokušavajući pronaći matematičku osnovu za optičke spektre, shvatili važnost onoga što je Planckova hipoteza. Kažu da je referat na kojem je prvi put predstavljena formula otvorio eru nove fizike. Einstein je vjerojatno prvi prepoznao njegove početke. Dakle, i to je njegova zasluga.

Što je kvantizirano

Sva stanja koja bilo koja elementarna čestica može preuzeti su diskretna. Zarobljen elektron može biti samo na određenim razinama. Ekscitacija atoma, kao i suprotan proces - emisija, također se događa skokovito. Sve elektromagnetske interakcije su razmjena kvanta odgovarajuće energije. Čovječanstvo je iskoristilo energiju atoma samo zahvaljujući razumijevanju diskretnosti.Nadamo se da sada čitatelji neće imati pitanja o tome što je Planckova hipoteza i kakav je njen utjecaj na suvremeni svijet, a time i na svakoga od ljudi.

Njemački fizičar Max Karl Ernst Ludwig Planck rođen je u Kielu (koji je tada pripadao Pruskoj), u obitelji Johanna Juliusa Wilhelma von Plancka, profesora građanskog prava, i Emme (rođ. Patzig) Planck. Kao dijete, dječak je naučio svirati klavir i orgulje, otkrivajući izvanredne glazbene sposobnosti. Godine 1867. obitelj se seli u München i ondje P. ulazi u Kraljevsku maksimilijanovu klasičnu gimnaziju, gdje je vrsni profesor matematike prvi put u njemu pobudio zanimanje za prirodne i egzaktne znanosti. Nakon završene gimnazije 1874. krenuo je na studij klasične filologije, okušao se u glazbenoj kompoziciji, ali je tada prednost dao fizici.

Tri godine P. je studirao matematiku i fiziku na Sveučilištu u Münchenu i godinu dana na Sveučilištu u Berlinu. Jedan od njegovih profesora u Münchenu, eksperimentalni fizičar Philipp von Jolly, pokazao se lošim prorokom kada je mladom P. savjetovao da odabere drugo zanimanje, jer, po njemu, u fizici nije ostalo ništa bitno novo što bi se moglo otkriti. Ovo gledište, rašireno u to vrijeme, nastalo je pod utjecajem izvanrednih uspjeha znanstvenika u 19. stoljeću. postigli u povećanju našeg znanja o fizikalnim i kemijskim procesima.

Dok je boravio u Berlinu, P. je stekao širi pogled na fiziku zahvaljujući publikacijama izvanrednih fizičara Hermanna von Helmholtza i Gustava Kirchhoffa, kao i člancima Rudolfa Clausiusa. Poznavanje njihovih radova pridonijelo je da se P.-ovi znanstveni interesi dulje vrijeme usmjere na termodinamiku – područje fizike u kojem se, na temelju malog broja temeljnih zakona, proučavaju fenomeni topline, mehaničke energije i energije. proučavaju se konverzije. P. je doktorirao 1879., obranivši disertaciju na Sveučilištu u Münchenu o drugom zakonu termodinamike, koji kaže da nijedan kontinuirani samoodrživi proces ne može prenijeti toplinu s hladnijeg tijela na toplije.

Iduće godine P. je napisao još jedno djelo o termodinamici, što mu je donijelo mjesto mlađeg asistenta na Fizičkom fakultetu Sveučilišta u Münchenu. Godine 1885. postao je izvanredni profesor na Sveučilištu u Kielu, što je učvrstilo njegovu neovisnost, ojačalo njegov financijski položaj i omogućilo više vremena za znanstvena istraživanja. P.-ov rad na termodinamici i njezinim primjenama na fizikalnu kemiju i elektrokemiju donio mu je međunarodno priznanje. Godine 1888. postao je izvanredni profesor na Sveučilištu u Berlinu i direktor Instituta za teorijsku fiziku (mjesto direktora stvoreno je posebno za njega). Redoviti (redoviti) profesor postao je 1892. godine.

Od 1896. P. se počeo zanimati za mjerenja na Državnom institutu za fiziku i tehnologiju u Berlinu, kao i za probleme toplinskog zračenja tijela. Svako tijelo koje sadrži toplinu emitira elektromagnetsko zračenje. Ako je tijelo dovoljno vruće, tada ovo zračenje postaje vidljivo. Porastom temperature tijelo prvo postaje užareno, zatim narančasto-žuto i na kraju bijelo. Zračenje emitira mješavinu frekvencija (u vidljivom području frekvencija zračenja odgovara boji). Međutim, zračenje tijela ne ovisi samo o temperaturi, već donekle i o karakteristikama površine kao što su boja i struktura.

Fizičari su prihvatili imaginarno apsolutno crno tijelo kao idealan standard za mjerenje i teoretsko istraživanje. Po definiciji, potpuno crno tijelo je tijelo koje apsorbira svo zračenje koje pada na njega i ne reflektira ništa. Zračenje koje emitira crno tijelo ovisi samo o njegovoj temperaturi. Iako takvo idealno tijelo ne postoji, kao aproksimacija može poslužiti zatvorena ljuska s malim otvorom (primjerice pravilno konstruirana pećnica čije su stijenke i sadržaj u ravnoteži na istoj temperaturi).

Jedan od dokaza o karakteristikama crnog tijela takve ljuske svodi se na sljedeće. Zračenje koje pada na rupu ulazi u šupljinu i, odbijajući se od zidova, djelomično se reflektira, a djelomično apsorbira. Budući da je vjerojatnost da će zračenje izaći kroz rupu kao rezultat brojnih refleksija vrlo mala, ono se gotovo potpuno apsorbira. Zračenje koje potječe iz šupljine i izlazi iz rupe općenito se smatra ekvivalentnim zračenju koje emitira područje veličine rupe na površini crnog tijela na temperaturi šupljine i ljuske. Pripremajući vlastito istraživanje, P. je pročitao Kirchhoffov rad o svojstvima takve ljuske s rupom. Točan kvantitativni opis opažene distribucije energije zračenja u ovom slučaju naziva se problem crnog tijela.

Kao što su eksperimenti s crnim tijelom pokazali, graf energije (svjetline) u odnosu na frekvenciju ili valnu duljinu je karakteristična krivulja. Na niskim frekvencijama (duge valne duljine) pritisnut je na frekvencijsku os, zatim na nekoj srednjoj frekvenciji doseže maksimum (vrh sa zaobljenim vrhom), a zatim na višim frekvencijama (kratke valne duljine) opada. Kako temperatura raste, krivulja zadržava svoj oblik, ali se pomiče prema višim frekvencijama. Utvrđeni su empirijski odnosi između temperature i frekvencije vrha u krivulji zračenja crnog tijela (Wienov zakon pomaka, nazvan po Wilhelmu Wienu) i između temperature i ukupne izračene energije (Stefan–Boltzmannov zakon, nazvan po austrijskom fizičaru Josephu Stefanu i Ludwig Boltzmann), ali nitko nije uspio izvesti krivulju zračenja crnog tijela iz prvih principa poznatih u to vrijeme.

Wien je uspio dobiti polu-empirijsku formulu koja se može prilagoditi tako da dobro opisuje krivulju na visokim frekvencijama, ali netočno prenosi njezino ponašanje na niskim frekvencijama. J. W. Strett (Lord Rayleigh) i engleski fizičar James Jeans primijenili su princip jednake raspodjele energije između frekvencija oscilatora sadržanih u prostoru crnog tijela i došli do druge formule (Rayleigh-Jeansova formula). Dobro je reproducirao krivulju zračenja crnog tijela na niskim frekvencijama, ali je odstupao od nje na visokim frekvencijama.

P. je, pod utjecajem teorije elektromagnetske prirode svjetlosti Jamesa Clerka Maxwella (objavljena 1873., a eksperimentalno potvrđena od Heinricha Hertza 1887.), pristupio problemu crnog tijela sa stajališta raspodjele energije između elementarnih električnih oscilatora. , čiji fizički oblik nije naveden ni na koji način. Iako se na prvi pogled može učiniti da metoda koju je odabrao nalikuje Rayleigh-Jeansovom zaključku, P. je odbacio neke od pretpostavki koje su prihvatili ti znanstvenici.

Godine 1900., nakon dugih i ustrajnih pokušaja da stvori teoriju koja bi na zadovoljavajući način objasnila eksperimentalne podatke, P. je uspio izvesti formulu koja se, kako su otkrili eksperimentalni fizičari s Državnog instituta za fiziku i tehnologiju, slagala s rezultatima mjerenja s izvanrednom točnošću . Wienov i Stefan-Boltzmannov zakon također su slijedili iz Planckove formule. Međutim, da bi izveo svoju formulu, morao je uvesti radikalan koncept koji je bio protiv svih utvrđenih načela. Energija Planckovih oscilatora ne mijenja se kontinuirano, kao što bi slijedilo iz tradicionalne fizike, već može poprimiti samo diskretne vrijednosti, povećavajući se (ili opadajući) u konačnim koracima. Svaki energetski korak jednak je određenoj konstanti (koja se sada naziva Planckova konstanta) pomnoženoj s frekvencijom. Diskretni dijelovi energije kasnije su nazvani kvantima. Hipoteza koju je uveo P. označila je rođenje kvantne teorije, koja je izvršila pravu revoluciju u fizici. Klasična fizika, za razliku od moderne fizike, sada znači "fizika prije Plancka".

P. nipošto nije bio revolucionar, a ni on sam ni drugi fizičari nisu bili svjesni dubokog značenja pojma "kvant". Za P.-a je kvant bio samo sredstvo koje je omogućilo izvođenje formule koja se zadovoljavajuće slaže s krivuljom zračenja apsolutno crnog tijela. Više puta je pokušao postići dogovor unutar klasične tradicije, ali bezuspješno. Istodobno je sa zadovoljstvom primijetio prve uspjehe kvantne teorije, koji su uslijedili gotovo odmah. Njegova nova teorija uključivala je, osim Planckove konstante, i druge temeljne veličine, poput brzine svjetlosti i broja poznatog kao Boltzmannova konstanta. Godine 1901. P. je na temelju eksperimentalnih podataka o zračenju crnog tijela izračunao vrijednost Boltzmannove konstante i, koristeći druge poznate podatke, dobio Avogadrov broj (broj atoma u jednom molu elementa). Na temelju Avogadrova broja, P. je uspio pronaći električni naboj elektrona s izvanrednom točnošću.

Položaj kvantne teorije ojačao je 1905. godine, kada je Albert Einstein upotrijebio koncept fotona - kvanta elektromagnetskog zračenja - da objasni fotoelektrični efekt (emisija elektrona s metalne površine obasjane ultraljubičastim zračenjem). Einstein je sugerirao da svjetlost ima dvojaku prirodu: može se ponašati i kao val (u što nas uvjerava sva dosadašnja fizika) i kao čestica (što dokazuje fotoelektrični efekt). Godine 1907. Einstein je dodatno ojačao položaj kvantne teorije korištenjem koncepta kvanta da objasni zagonetna neslaganja između teorijskih predviđanja i eksperimentalnih mjerenja specifičnog toplinskog kapaciteta tijela - količine topline potrebne za podizanje temperature jedne jedinice mase čvrstog tijela za jedan stupanj.

Još jedna potvrda potencijalne snage inovacije koju je uveo P. došla je 1913. od Nielsa Bohra, koji je kvantnu teoriju primijenio na strukturu atoma. U Bohrovom modelu, elektroni u atomu mogu biti samo na određenim energetskim razinama određenim kvantnim ograničenjima. Prijelaz elektrona s jedne razine na drugu prati oslobađanje energetske razlike u obliku fotona zračenja s frekvencijom jednakom energiji fotona podijeljenoj s Planckovom konstantom. Tako je dobiveno kvantno objašnjenje za karakteristične spektre zračenja koje emitiraju pobuđeni atomi.

Godine 1919. P. je dobio Nobelovu nagradu za fiziku za 1918. "u znak priznanja za njegove zasluge u razvoju fizike kroz otkriće kvanta energije." Kako navodi A.G. Ekstrand, član Kraljevske švedske akademije znanosti, na svečanosti dodjele nagrade, “P.-ova teorija zračenja najsjajnija je od zvijezda vodilja modernih fizikalnih istraživanja i, koliko se može suditi, i dalje će biti mnogo vremena prije nego što se iscrpe blaga koja je stekao njegov genij.” . U Nobelovom predavanju održanom 1920., P. je sažeo svoj rad i priznao da "uvođenje kvantne teorije još nije dovelo do stvaranja prave kvantne teorije."

20-ih godina svjedočili su razvoju Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, P.A.M. Dirac i drugi iz kvantne mehanike - opremljeni složenim matematičkim aparatom kvantne teorije. P. se nije sviđala nova probabilistička interpretacija kvantne mehanike, te je, poput Einsteina, pokušao pomiriti predviđanja utemeljena samo na načelu vjerojatnosti s klasičnim idejama uzročnosti. Njegovim težnjama nije bilo suđeno da se ostvare: probabilistički pristup je preživio.

P.-ov doprinos modernoj fizici nije ograničen na otkriće kvanta i konstante koja sada nosi njegovo ime. Bio je snažno impresioniran Einsteinovom posebnom teorijom relativnosti, objavljenom 1905. Puna podrška koju je P. pružio novoj teoriji uvelike je pridonijela prihvaćanju posebne teorije relativnosti od strane fizičara. Među njegovim ostalim postignućima je njegovo predloženo izvođenje Fokker-Planckove jednadžbe, koja opisuje ponašanje sustava čestica pod utjecajem malih nasumičnih impulsa (Adrian Fokker je nizozemski fizičar koji je poboljšao metodu koju je prvi upotrijebio Einstein za opisivanje Brownovog gibanja - kaotično cik-cak kretanje sićušnih čestica suspendiranih u tekućini). Godine 1928., u dobi od sedamdeset godina, Planck je otišao u svoju obveznu službenu mirovinu, ali nije prekinuo veze s Društvom Kaiser Wilhelm za temeljne znanosti, čiji je predsjednik postao 1930. I na pragu svog osmog desetljeća, nastavio je njegove istraživačke aktivnosti.

P.-ov osobni život bio je obilježen tragedijom. Njegova prva žena, rođena Maria Merck, s kojom se vjenčao 1885. i koja mu je rodila dva sina i dvije kćeri blizanke, umrla je 1909. Dvije godine kasnije oženio se nećakinjom Margom von Hesslin, s kojom je dobio i sina. P.-ov najstariji sin poginuo je u Prvom svjetskom ratu, au narednim godinama obje su mu kćeri umrle pri porodu. Drugi sin iz prvog braka pogubljen je 1944. zbog sudjelovanja u neuspjeloj zavjeri protiv Hitlera.

Kao osoba ustaljenih nazora i vjerskih uvjerenja, i jednostavno kao poštena osoba, P. je nakon Hitlerova dolaska na vlast 1933. godine javno istupio u obranu židovskih znanstvenika koji su protjerani s radnih mjesta i prisiljeni emigrirati. Na znanstvenoj konferenciji pozdravio je Einsteina kojeg su nacisti predali anatemi. Kada je P., kao predsjednik Društva za temeljne znanosti Kaiser Wilhelm, službeno posjetio Hitlera, iskoristio je ovu priliku da pokuša zaustaviti progon židovskih znanstvenika. Kao odgovor, Hitler je započeo tiradu protiv Židova općenito. Kasnije je P. postao suzdržaniji i šutio, iako su nacisti nedvojbeno znali za njegove stavove.

Kao domoljub koji je volio svoju domovinu, mogao je samo moliti da njemačka nacija ponovno zaživi normalnim životom. Nastavio je služiti u raznim njemačkim učenim društvima u nadi da će sačuvati barem neki mali dio njemačke znanosti i prosvjetiteljstva od potpunog uništenja. Nakon što su mu tijekom zračnog napada na Berlin uništeni dom i osobna knjižnica, P. i njegova supruga pokušali su pronaći utočište na imanju Rogetz u blizini Magdeburga, gdje su se našli između njemačkih trupa u povlačenju i nadirućih savezničkih snaga. Na kraju su bračni par Planck otkrile američke jedinice i odvele u tada sigurnu državu Göttingen.

P. je umro u Göttingenu 4. listopada 1947., šest mjeseci prije svog 90. rođendana. Na njegovom nadgrobnom spomeniku uklesano je samo njegovo ime i prezime te brojčana vrijednost Planckove konstante.

Poput Bohra i Einsteina, P. je bio duboko zainteresiran za filozofske probleme vezane uz kauzalitet, etiku i slobodnu volju, te je o tim temama govorio u tisku i pred stručnom i laičkom publikom. Djelujući kao pastor (ali bez svećeništva) u Berlinu, P. je bio duboko uvjeren da znanost nadopunjuje vjeru i uči istinoljubivosti i poštovanju.

P. je kroz cijeli život nosio ljubav prema glazbi koja se u njemu rasplamsala u ranom djetinjstvu. Izvrstan pijanist, često je svirao komorna djela sa svojim prijateljem Einsteinom sve do odlaska iz Njemačke. P. je također bio gorljivi planinar i gotovo svaki odmor provodio je u Alpama.

Osim Nobelove nagrade, P. je nagrađen Copleyjevom medaljom Kraljevskog društva u Londonu (1928) i Goetheovom nagradom u Frankfurtu na Majni (1946). Njemačko fizikalno društvo nazvalo je svoju najveću nagradu u njegovu čast, Planckovu medalju, a sam P. bio je prvi dobitnik ove počasne nagrade. U čast njegova 80. rođendana jedan od malih planeta nazvan je Planckian, a nakon završetka Drugog svjetskog rata Društvo za temeljne znanosti Kaiser Wilhelm preimenovano je u Društvo Max Planck. P. je bio član njemačke i austrijske akademije znanosti, kao i znanstvenih društava i akademija Engleske, Danske, Irske, Finske, Grčke, Nizozemske, Mađarske, Italije, Sovjetskog Saveza, Švedske, Ukrajine i Sjedinjenih Država. .

Kvantna teorija rođena je 1901. kada je Max Planck predložio je teorijski zaključak o odnosu između temperature tijela i zračenja koje to tijelo emitira, zaključak koji je dugo izmicao drugim znanstvenicima. Kao i njegovi prethodnici, Planck je predložio da zračenje emitiraju atomski oscilatori, ali je vjerovao da energija oscilatora (a time i zračenje koje emitiraju) postoji u obliku malih diskretnih dijelova, koje je Einstein nazvao kvantima. Energija svakog kvanta proporcionalna je frekvenciji zračenja. Iako je formula koju je izveo Planck izazvala opće divljenje, pretpostavke koje je iznio ostale su neko vrijeme nejasne jer su bile u suprotnosti s klasičnom fizikom. Godine 1905 Albert Einstein upotrijebio je kvantnu teoriju kako bi objasnio neke aspekte fotoelektričnog efekta - emisije elektrona s površine metala na koju pada ultraljubičasto zračenje. Usput je Einstein uočio očigledan paradoks: svjetlost, za koju se dugo znalo da putuje kao kontinuirani valovi, pokazuje diskretna svojstva kada se apsorbira i emitira.

Otprilike osam godina kasnije Niels Bohr proširio je kvantnu teoriju na atom i objasnio frekvencije valova koje emitiraju atomi pobuđeni u plamenu ili električnom pražnjenju. Ernest Rutherford pokazalo je da je masa atoma gotovo cijela koncentrirana u središnjoj jezgri, koja nosi pozitivan električni naboj i koja je na relativno velikim udaljenostima okružena elektronima s negativnim nabojem, zbog čega je atom kao cjelina električki neutralan.

Bohr je predložio da elektroni mogu biti samo u određenim diskretnim orbitama koje odgovaraju različitim razinama energije i da je "skok" elektrona iz jedne orbite u drugu, s nižom energijom, popraćen emisijom fotona, čija je energija jednaka razlici u energijama dviju orbita. Frekvencija je, prema Planckovoj teoriji, proporcionalna energiji fotona. Tako je Bohrov model atoma uspostavio vezu između različitih spektralnih linija karakterističnih za tvar koja emitira zračenje i strukture atoma. Unatoč početnom uspjehu, Bohrov model atoma ubrzo je zahtijevao izmjene kako bi se riješile razlike između teorije i eksperimenta. Osim toga, kvantna teorija u toj fazi još nije pružala sustavnu proceduru za rješavanje mnogih kvantnih problema. Međutim, postalo je jasno da klasična fizika ne može objasniti činjenicu da ubrzani elektron ne pada na jezgru, gubeći energiju pri emitiranju elektromagnetskih valova.

Novo bitno obilježje kvantne teorije pojavilo se 1924., kada je Louis de Svađa iznio radikalnu hipotezu o valnoj prirodi materije: ako se elektromagnetski valovi, kao što je svjetlost, ponekad ponašaju kao čestice (kao što je Einstein pokazao), onda se čestice, kao što je elektron, mogu ponašati kao valovi pod određenim okolnostima. Dakle, u mikrokozmosu je izbrisana granica između klasičnih čestica i klasičnih valova. U de Broglieovoj formulaciji, frekvencija koja odgovara čestici povezana je s njenom energijom, kao u slučaju fotona (čestice svjetlosti), ali de Broglieov predloženi matematički izraz bio je ekvivalentan odnos između valne duljine, mase čestice , i njegovu brzinu (moment). Postojanje elektronskih valova eksperimentalno je dokazano 1927. godine. Clinton J. Davisson I Lester H. Germer u Sjedinjenim Državama i George Paget Thomson u Engleskoj.

Ovo otkriće dovelo je do stvaranja 1933. Ernst Ruska elektronski mikroskop.

Impresioniran Einsteinovim komentarima de Broglieovih ideja Erwin Schrödinger pokušao primijeniti valni opis elektrona na konstrukciju dosljedne kvantne teorije koja nije povezana s Bohrovim neadekvatnim modelom atoma. U izvjesnom smislu namjeravao je kvantnu teoriju približiti klasičnoj fizici, koja je nakupila mnogo primjera matematičkih opisa valova. Prvi pokušaj koji je poduzeo 1925. završio je neuspjehom. Brzine elektrona u Schrödingerovoj teoriji bile su bliske brzini svjetlosti, što je zahtijevalo uključivanje Einsteinove posebne teorije relativnosti i značajno povećanje mase elektrona koje je ona predviđala pri vrlo velikim brzinama.

Jedan od razloga Schrödingerova neuspjeha bio je taj što nije uzeo u obzir prisutnost specifičnog svojstva elektrona, danas poznatog kao spin (rotacija elektrona oko vlastite osi poput vrha, ali takva usporedba nije u potpunosti točno), o čemu se u to vrijeme malo znalo. Schrödinger je napravio sljedeći pokušaj 1926. Ovaj put su brzine elektrona odabrane tako male da nije bilo potrebe za pozivanjem na teoriju relativnosti. Drugi pokušaj rezultirao je izvođenjem Schrödingerove valne jednadžbe, koja daje matematički opis materije u smislu valne funkcije. Schrödinger je svoju teoriju nazvao valna mehanika. Rješenja valne jednadžbe bila su u skladu s eksperimentalnim opažanjima i imala su dubok utjecaj na kasniji razvoj kvantne teorije. Trenutno je valna funkcija temelj kvantno mehaničkog opisa mikrosustava, slično Hamiltonovim jednadžbama u klasičnoj mehanici.

Nedugo prije Werner Heisenberg , Max Born I Pascual Jordan objavio drugu verziju kvantne teorije, nazvanu matrična mehanika, koja je opisivala kvantne fenomene pomoću tablica vidljivih veličina. Ove tablice predstavljaju na određeni način poredane matematičke skupove, koji se nazivaju matrice, na kojima se prema poznatim pravilima mogu izvoditi različite matematičke operacije. Matrična mehanika također je dopuštala slaganje s opaženim eksperimentalnim podacima, ali za razliku od valne mehanike, nije sadržavala nikakve posebne reference na prostorne koordinate ili vrijeme. Heisenberg je posebno inzistirao na napuštanju bilo kakvih jednostavnih vizualnih prikaza ili modela u korist samo onih svojstava koja se mogu odrediti eksperimentom, budući da, prema njegovim razmatranjima, mikrosvijet ima bitno drugačiju strukturu od makrosvijeta s obzirom na posebnu ulogu Planckove konstante , što je beznačajno u svjetskim velikim količinama.

Schrödinger je pokazao da su valna mehanika i mehanika matrice matematički ekvivalentne. Sada poznate pod zajedničkim nazivom kvantna mehanika, ove dvije teorije pružile su dugo očekivani zajednički okvir za opisivanje kvantnih fenomena. Mnogi fizičari preferirali su valnu mehaniku jer im je njezin matematički aparat bio poznatiji, a njezini su se koncepti činili više "fizičkim"; operacije na matricama su glomaznije.

Ubrzo nakon što su Heisenberg i Schrödinger razvili kvantnu mehaniku, Pavao Dirac predložio je općenitiju teoriju koja je kombinirala elemente Einsteinove posebne teorije relativnosti s valnom jednadžbom. Diracova jednadžba primjenjuje se na čestice koje se kreću proizvoljnim brzinama. Spin i magnetska svojstva elektrona proizašla su iz Diracove teorije bez ikakvih dodatnih pretpostavki. Osim toga, Diracova je teorija predvidjela postojanje antičestica, poput pozitrona i antiprotona, blizanaca čestica s električnim nabojem suprotnih predznaka.

] Izvršni urednik L.S. Polak. Sastavio U.I. Frankfurt.
(Moskva: Izdavačka kuća "Nauka", 1975. - Serija "Klasici znanosti")
Sken, obrada, format: ???, revizija: AAW, mor, 2010

• SADRŽAJ:
  Od urednika (5).
  TERMODINAMIKA
  Na principu povećanja entropije. Prva poruka (9).
  Na principu povećanja entropije. Druga poruka (25).
  Na principu povećanja entropije. Treća poruka (36).
  Na principu povećanja entropije. Četvrta poruka (69).
  Primjedbe o Carnot-Clausiusovom principu (102).
  G. Swinburne i Entropija (106).
  Entropija (109).
  O mehaničkom značenju temperature i entropije (111).
  O Clausiusovom teoremu za ireverzibilne cikluse i o porastu entropije (119).
  Prema kinetičkoj teoriji plinova. Kritičko ispitivanje (121).
  O apsolutnoj entropiji jednoatomskih tijela (123).
  Apsolutna entropija i kemijska konstanta (138).
  O statističkoj definiciji entropije (144).
  Nova statistička definicija entropije (154).
  O razlici potencijala slabih otopina (168).
  O razlici potencijala slabih rješenja. Druga poruka (173).
  Le Chatelier-Brownov princip (177).
  Napomene o parametru količine, parametru intenziteta i stabilnoj ravnoteži (186).
  TEORIJA ZRAČENJA I KVANTNA TEORIJA
  O ireverzibilnim procesima zračenja (191).
  Entropija i temperatura energije zračenja (234).
  O jednom poboljšanju Wienovog zakona o zračenju (249).
  Prema teoriji raspodjele energije zračenja normalnog spektra (251).
  O zakonu raspodjele energije u normalnom spektru (258).
  O elementarnom kvantumu materije i elektriciteta (268).
  O ireverzibilnim procesima zračenja. Zbrajanje (271).
  Zakoni toplinskog zračenja i hipoteza o elementarnom kvantu djelovanja (282).
  Suvremeno značenje kvantne hipoteze za kinetičku teoriju plinova (311).
  Modificirana formulacija kvantne hipoteze (325).
  O kvantnim radnjama u elektrodinamici (331).
  Fizička struktura faznog prostora (339).
  O prirodi toplinskog zračenja (370).
  O pitanju kvantizacije jednoatomnog plina (384).
  Fizička stvarnost svjetlosnih kvanta (393).
  O Schrödingerovom radu na valnoj mehanici (398).
  Pokušaj sinteze valne i korpuskularne mehanike (401).
  Pokušaj sinteze valne i korpuskularne mehanike. Dodatak (417).
  Pokušaj sinteze valne i korpuskularne mehanike. Druga poruka (419).
  O povijesti otkrića kvanta djelovanja (431).
  TEORIJA RELATIVNOSTI
  Načelo relativnosti i osnovne jednadžbe mehanike (445).
  Kaufmanova mjerenja otklona b-zraka i njihove implikacije na dinamiku elektrona (449).
  Dodatak raspravi o Kaufmanovim mjerenjima (462).
  O dinamici pokretnih sustava (466).
  Napomene o principu akcije i reakcije u općoj dinamici (494).
  Jednolika rotacija i Lorentzova kontrakcija (498).
  ČLANCI I GOVORI
  O novoj fizici (501).
  Teorijska fizika (506).
  Heinrich Rudolf Hertz (510).
  Pavao Drude (531).
  Helmholtzove zasluge u teorijskoj fizici (553).
  Gottfried Wilhelm Leibniz (550).
  Uz 25. obljetnicu otkrića W. Friedricha, P. Knipschga i M. Lauea (561.).
  Sjećanja (564).
  Dvadeset godina rada na fizičkoj slici svijeta (568).
  Podrijetlo i utjecaj znanstvenih ideja (590).
  Nastanak i postupni razvoj kvantne teorije (603).
  Jedinstvo fizičke slike svijeta (613).
  Odnos moderne fizike prema mehanicističkom svjetonazoru (634).
  Znanstvena autobiografija (649).
  Akademski govori (664).
  PRIMJENA
  M. Planck i nastanak kvantne fizike. L.S. Polak (685).
  Komentari na jedan članak M. Plancka. A.N. Frumkin (735).
  Termodinamički radovi M. Plancka. U.I. Frankfurt (737).
  M. Planck kao fizikalni kemičar. Yu.I. Solovjev (745).
  Radovi M. Plancka na posebnoj teoriji relativnosti. I JA. Itenberg, W.I. Frankfurt (754).
  Filozofski pogledi M. Plancka. Yu.V. Sačkov, E.M. Čudinov (757).
  Bibliografija (762).
  Kazalo imena (781).

Sažetak izdavača: Ovo izdanje odabranih radova Maxa Plancka, jednog od utemeljitelja moderne fizike, uključuje članke o termodinamici, statističkoj fizici, kvantnoj teoriji, posebnoj teoriji relativnosti, kao i općim pitanjima fizike i kemije.
Knjiga je od interesa za fizičare, kemičare, povjesničare fizike i kemije.