Những khám phá của M. Planck, N

Tiểu sử tóm tắt của Max Planck về nhà vật lý người Đức được trình bày trong bài viết này.

Tóm tắt tiểu sử Max Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck sinh năm Ngày 23 tháng 4 năm 1858ở thị trấn Kilev. Cha ông là giáo sư luật dân sự. Ngay từ khi còn rất nhỏ, cậu bé đã bắt đầu bộc lộ khả năng âm nhạc phi thường khi học chơi piano và organ.

Năm 1867 gia đình ông chuyển đến sống ở Munich. Tại đây Max Planck vào Nhà thi đấu Cổ điển Hoàng gia, nơi anh phát triển niềm yêu thích với khoa học tự nhiên và chính xác.

Năm 1874, Planck phải đối mặt với sự lựa chọn - tiếp tục nghiên cứu âm nhạc hoặc nghiên cứu vật lý. Anh ấy thích cái sau hơn. Max bắt đầu nghiên cứu vật lý và toán học tại Đại học Berlin và Munich, đào sâu kiến thức về lý thuyết lượng tử, nhiệt động lực học, lý thuyết xác suất, lý thuyết bức xạ nhiệt, lịch sử và phương pháp luận của vật lý.

Năm 1900, một nhà khoa học trẻ đã xây dựng định luật phân bố năng lượng trong quang phổ của vật đen, đưa ra một hằng số có chiều hàm. Công thức của Max Planck ngay lập tức nhận được sự xác nhận thực nghiệm. Đó là một cảm giác trong khoa học. Ông đã tạo ra cái gọi là hằng số Planck hay lượng tử tác dụng - đây là một trong những hằng số phổ quát trong vật lý. Và ngày 14 tháng 12 năm 1900, ngày Max Planck trình bày báo cáo tại Hiệp hội Vật lý Đức về cơ sở lý thuyết của định luật bức xạ, đã trở thành ngày ra đời của lý thuyết lượng tử mới.

Nghiên cứu của Planck về lý thuyết xác suất cũng có tầm quan trọng lớn. Nhà khoa học người Đức là một trong những người đầu tiên hiểu ra và kiên trì ủng hộ nó. Đây là nơi mà những thành tựu khoa học của ông tiếp tục phát triển - vào năm 1906, Max Planck đã đưa ra một phương trình cho động lực học tương đối tính, trong quá trình nghiên cứu ông đã thu được các công thức xác định động lượng và năng lượng của electron. Như vậy, các nhà khoa học đã hoàn thành việc tương đối hóa cơ học cổ điển.

Năm 1919, Max Planck nhận giải Nobel Vật lý năm 1918. Danh sách những thành tựu của ông bao gồm những thành tựu sau - "như một dấu hiệu cho thấy giá trị công lao của ông trong sự phát triển của vật lý thông qua việc khám phá ra lượng tử năng lượng."

Mặc dù có những thành tựu to lớn trong khoa học nhưng cuộc đời cá nhân của Planck lại rất bi thảm. Người vợ đầu của ông mất sớm, để lại cho ông 4 người con - hai gái và hai trai. Ông kết hôn lần thứ hai và đứa con thứ năm của nhà khoa học chào đời – một bé trai. Con trai cả của ông chết trong Thế chiến thứ nhất, còn hai con gái của ông chết khi sinh con. Con trai thứ hai của ông bị xử tử vì tham gia vụ ám sát Hitler.

Max Planck qua đời ở Göttingen Ngày 4 tháng 10 năm 1947 chỉ còn sáu tháng nữa là đến sinh nhật lần thứ 90 của ông.

Planck, người tạo ra cô ấy và tầm quan trọng của cô ấy đối với sự phát triển của khoa học hiện đại. Tầm quan trọng của ý tưởng lượng tử hóa đối với toàn bộ thế giới vi mô cũng được thể hiện.

Điện thoại thông minh và vật lý lượng tử

Thế giới hiện đại xung quanh chúng ta rất khác về công nghệ so với mọi thứ quen thuộc cách đây một trăm năm. Tất cả điều này trở nên khả thi chỉ vì vào buổi bình minh của thế kỷ XX, các nhà khoa học đã vượt qua rào cản và cuối cùng hiểu ra: vật chất ở quy mô nhỏ nhất không liên tục. Và kỷ nguyên này đã được mở ra bởi một con người đáng chú ý - Max Planck.

Tiểu sử của Planck

Một trong những hằng số vật lý, phương trình lượng tử, cộng đồng khoa học ở Đức, một tiểu hành tinh và kính viễn vọng không gian được đặt theo tên ông. Hình ảnh của ông được in nổi trên tiền xu và in trên tem và tiền giấy. Max Planck là người như thế nào? Ông sinh ra vào giữa thế kỷ 19 trong một gia đình quý tộc nghèo ở Đức. Trong số tổ tiên của ông có nhiều luật sư giỏi và mục sư nhà thờ. M. Planck nhận được một nền giáo dục tốt, nhưng các nhà vật lý đồng nghiệp đã gọi đùa ông là “người tự học”. Nhà khoa học tiếp nhận kiến thức cơ bản của mình từ sách vở.

Giả thuyết của Planck ra đời từ một giả định mà ông rút ra về mặt lý thuyết. Trong sự nghiệp khoa học của mình, ông tuân thủ nguyên tắc “khoa học là trên hết”. Trong Thế chiến thứ nhất, Planck cố gắng duy trì mối quan hệ với các đồng nghiệp nước ngoài đến từ các nước thù địch của Đức. Sự xuất hiện của Đức Quốc xã đã đưa ông lên vị trí giám đốc của một cộng đồng khoa học lớn - và nhà khoa học này đã tìm cách bảo vệ các nhân viên của mình và giúp đỡ những người chạy trốn chế độ ra nước ngoài. Vì vậy giả thuyết của Planck không phải là điều duy nhất khiến ông được tôn trọng. Tuy nhiên, ông chưa bao giờ công khai lên tiếng chống lại Hitler, dường như nhận ra rằng ông không chỉ làm hại bản thân mà còn không thể giúp đỡ những người cần sự giúp đỡ. Thật không may, nhiều nhà vật lý đã không chấp nhận quan điểm này của M. Planck và ngừng trao đổi với ông. Ông có năm người con, và chỉ có đứa con út còn sống sót. Người con trai cả bị Thế chiến thứ nhất bắt đi, người con giữa bị Thế chiến thứ hai bắt đi. Cả hai cô con gái đều không qua khỏi khi sinh con. Đồng thời, những người đương thời lưu ý rằng chỉ ở nhà Planck mới là chính mình.

Nguồn lượng tử

Kể từ khi đi học, nhà khoa học đã quan tâm đến nó và nói: bất kỳ quá trình nào cũng chỉ xảy ra khi hỗn loạn tăng lên và mất đi năng lượng hoặc khối lượng. Ông là người đầu tiên phát biểu nó chính xác như thế - xét về entropy, chỉ có thể tăng trong hệ nhiệt động lực học. Sau này, chính công trình này đã dẫn đến việc hình thành nên giả thuyết Planck nổi tiếng. Ông cũng là một trong những người đưa ra truyền thống tách biệt toán học và vật lý, tạo ra phần lý thuyết sau này một cách thực tế. Trước ông, tất cả các ngành khoa học tự nhiên đều hỗn hợp, và các thí nghiệm được thực hiện bởi các cá nhân trong các phòng thí nghiệm gần như không khác gì các thí nghiệm giả kim.

Giả thuyết lượng tử

Khám phá entropy của sóng điện từ theo các bộ dao động và dựa trên dữ liệu thực nghiệm thu được hai ngày trước đó, vào ngày 19 tháng 10 năm 1900, Planck đã trình bày với các nhà khoa học khác công thức mà sau này được đặt theo tên ông. Nó liên quan đến năng lượng, bước sóng và nhiệt độ của bức xạ (trong trường hợp giới hạn của All vào đêm hôm sau, các đồng nghiệp của ông dưới sự lãnh đạo của Rubens đã tiến hành các thí nghiệm để xác nhận lý thuyết này. Và hóa ra nó đã đúng! Tuy nhiên, về mặt lý thuyết Chứng minh giả thuyết nảy sinh từ công thức này, đồng thời tránh sự phức tạp về mặt toán học như vô hạn, Planck phải thừa nhận rằng năng lượng không phát ra theo dòng liên tục như người ta nghĩ trước đây mà thành từng phần riêng biệt (E = hν). mọi ý tưởng hiện có về vật rắn. Giả thuyết lượng tử của Planck đã cách mạng hóa vật lý học.

Hậu quả của lượng tử hóa

Lúc đầu, nhà khoa học không nhận ra tầm quan trọng của khám phá của mình. Trong một thời gian, công thức mà ông rút ra chỉ được sử dụng như một cách thuận tiện để giảm số lượng phép tính trong tính toán. Đồng thời, cả Planck và các nhà khoa học khác đều sử dụng phương trình Maxwell liên tục. Điều duy nhất làm tôi bối rối là hằng số h, không thể mang ý nghĩa vật lý. Sau này, chỉ có Albert Einstein và Paul Ehrenfest, hiểu được hiện tượng phóng xạ mới và cố gắng tìm ra cơ sở toán học cho quang phổ, hiểu được tầm quan trọng của giả thuyết Planck. Họ nói rằng báo cáo lần đầu tiên trình bày công thức đã mở ra kỷ nguyên vật lý mới. Einstein có lẽ là người đầu tiên nhận ra sự khởi đầu của nó. Cho nên đây cũng là công lao của anh ấy.

Cái gì được lượng tử hóa

Tất cả các trạng thái mà bất kỳ hạt cơ bản nào có thể đảm nhận đều rời rạc. Một electron bị bẫy chỉ có thể ở mức nhất định. Sự kích thích của một nguyên tử, giống như quá trình ngược lại - phát xạ, cũng xảy ra theo bước nhảy. Bất kỳ tương tác điện từ nào cũng là sự trao đổi lượng tử của năng lượng tương ứng. Nhân loại đã khai thác được năng lượng của nguyên tử chỉ nhờ sự hiểu biết về tính rời rạc, chúng tôi hy vọng rằng bây giờ độc giả sẽ không còn thắc mắc về giả thuyết của Planck là gì và tác động của nó đối với thế giới hiện đại, và do đó đối với mỗi con người.

Nhà vật lý người Đức Max Karl Ernst Ludwig Planck sinh ra ở Kiel (lúc đó thuộc về Phổ), trong gia đình của Johann Julius Wilhelm von Planck, giáo sư luật dân sự và Emma (nee Patzig) Planck. Khi còn nhỏ, cậu bé đã học chơi piano và organ, bộc lộ khả năng âm nhạc phi thường. Năm 1867, gia đình chuyển đến Munich, và ở đó P. vào Nhà thi đấu Cổ điển Hoàng gia Maximilian, nơi một giáo viên toán xuất sắc lần đầu tiên khơi dậy niềm yêu thích của anh đối với khoa học tự nhiên và chính xác. Sau khi tốt nghiệp trung học năm 1874, ông định theo học ngữ văn cổ điển, thử sức mình với lĩnh vực sáng tác âm nhạc, nhưng sau đó lại ưu tiên cho vật lý.

Trong ba năm P. học toán và vật lý tại Đại học Munich và một năm tại Đại học Berlin. Một trong những giáo sư của ông ở Munich, nhà vật lý thực nghiệm Philipp von Jolly, hóa ra là một nhà tiên tri tồi khi khuyên chàng trai trẻ P. nên chọn một nghề khác, vì theo ông, về cơ bản không còn gì mới trong vật lý có thể được khám phá. Quan điểm này, phổ biến vào thời điểm đó, nảy sinh dưới ảnh hưởng của những thành công phi thường của các nhà khoa học trong thế kỷ 19. đã đạt được trong việc nâng cao kiến thức của chúng ta về các quá trình vật lý và hóa học.

Khi ở Berlin, P. có được cái nhìn rộng hơn về vật lý nhờ các ấn phẩm của các nhà vật lý xuất sắc Hermann von Helmholtz và Gustav Kirchhoff, cũng như các bài báo của Rudolf Clausius. Việc làm quen với các công trình của họ góp phần dẫn đến việc P. quan tâm khoa học từ lâu đã tập trung vào nhiệt động lực học - một lĩnh vực vật lý, trong đó, trên cơ sở một số ít định luật cơ bản, các hiện tượng nhiệt, cơ năng và năng lượng chuyển đổi được nghiên cứu. P. nhận bằng tiến sĩ vào năm 1879, sau khi bảo vệ luận án tại Đại học Munich về định luật thứ hai của nhiệt động lực học, trong đó nêu rõ rằng không có quá trình tự duy trì liên tục nào có thể truyền nhiệt từ vật lạnh hơn sang vật ấm hơn.

Năm tiếp theo, P. viết một công trình khác về nhiệt động lực học, công trình này đã mang lại cho ông vị trí trợ lý cấp dưới tại Khoa Vật lý tại Đại học Munich. Năm 1885, ông trở thành phó giáo sư tại Đại học Kiel, điều này đã củng cố tính độc lập của ông, củng cố vị thế tài chính của ông và cung cấp nhiều thời gian hơn cho nghiên cứu khoa học. Công trình của P. về nhiệt động lực học và các ứng dụng của nó vào hóa lý và điện hóa học đã giúp ông được quốc tế công nhận. Năm 1888, ông trở thành phó giáo sư tại Đại học Berlin và là giám đốc Viện Vật lý Lý thuyết (chức vụ giám đốc được tạo riêng cho ông). Ông trở thành giáo sư chính thức (đầy đủ) vào năm 1892.

Từ năm 1896, P. bắt đầu quan tâm đến các phép đo được thực hiện tại Viện Vật lý và Công nghệ Nhà nước ở Berlin, cũng như các vấn đề về bức xạ nhiệt của vật thể. Bất kỳ vật thể nào chứa nhiệt đều phát ra bức xạ điện từ. Nếu cơ thể đủ nóng thì bức xạ này sẽ hiện rõ. Khi nhiệt độ tăng lên, đầu tiên cơ thể trở nên nóng đỏ, sau đó là màu vàng cam và cuối cùng là màu trắng. Bức xạ phát ra hỗn hợp các tần số (trong dải khả kiến, tần số bức xạ tương ứng với màu sắc). Tuy nhiên, bức xạ của vật thể không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc ở một mức độ nào đó vào các đặc điểm bề mặt như màu sắc và cấu trúc.

Các nhà vật lý đã sử dụng một vật thể đen tuyệt đối tưởng tượng làm tiêu chuẩn lý tưởng cho việc đo lường và nghiên cứu lý thuyết. Theo định nghĩa, vật đen hoàn toàn là vật hấp thụ toàn bộ bức xạ tới nó và không phản xạ bất cứ thứ gì. Bức xạ phát ra từ vật đen chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. Mặc dù vật thể lý tưởng như vậy không tồn tại, nhưng một vỏ kín có một lỗ nhỏ (ví dụ, một lò nướng được thiết kế hợp lý có thành và vật chứa ở trạng thái cân bằng ở cùng nhiệt độ) có thể đóng vai trò gần đúng.

Một trong những bằng chứng về đặc điểm thể đen của lớp vỏ như vậy là như sau. Bức xạ tới lỗ đi vào khoang và phản xạ từ các bức tường, bị phản xạ một phần và bị hấp thụ một phần. Vì xác suất bức xạ đi qua lỗ do nhiều phản xạ là rất nhỏ nên nó gần như bị hấp thụ hoàn toàn. Bức xạ bắt nguồn từ khoang và phát ra từ lỗ thường được coi là tương đương với bức xạ phát ra từ một khu vực có kích thước lỗ trống trên bề mặt vật đen ở nhiệt độ của khoang và vỏ. Đang chuẩn bị cho nghiên cứu của riêng mình, P. đọc tác phẩm của Kirchhoff về các đặc tính của lớp vỏ có lỗ như vậy. Một mô tả định lượng chính xác về sự phân bố năng lượng bức xạ quan sát được trong trường hợp này được gọi là bài toán vật đen.

Như các thí nghiệm về vật đen đã chỉ ra, đồ thị năng lượng (độ sáng) theo tần số hoặc bước sóng là một đường cong đặc trưng. Ở tần số thấp (bước sóng dài), nó bị ép vào trục tần số, sau đó ở một tần số trung gian nào đó, nó đạt cực đại (cực đại có đỉnh tròn), và sau đó ở tần số cao hơn (bước sóng ngắn), nó giảm xuống. Khi nhiệt độ tăng, đường cong vẫn giữ nguyên hình dạng nhưng dịch chuyển về phía tần số cao hơn. Các mối quan hệ thực nghiệm đã được thiết lập giữa nhiệt độ và tần số của đỉnh trong đường cong bức xạ của vật đen (định luật dịch chuyển của Wien, được đặt theo tên của Wilhelm Wien) và giữa nhiệt độ và tổng năng lượng bức xạ (định luật Stefan–Boltzmann, được đặt theo tên của nhà vật lý người Áo Joseph Stefan). và Ludwig Boltzmann ), nhưng không ai có thể rút ra được đường cong bức xạ của vật đen từ những nguyên lý đầu tiên được biết đến vào thời đó.

Wien đã thu được một công thức bán thực nghiệm có thể điều chỉnh sao cho nó mô tả tốt đường cong ở tần số cao, nhưng truyền tải không chính xác hành vi của nó ở tần số thấp. J. W. Strett (Lord Rayleigh) và nhà vật lý người Anh James Jeans đã áp dụng nguyên lý phân bố năng lượng đều giữa các tần số của các bộ dao động chứa trong không gian của vật đen và đi đến một công thức khác (công thức Rayleigh-Jeans). Nó tái tạo tốt đường cong bức xạ của vật đen ở tần số thấp, nhưng bị phân kỳ ở tần số cao.

P., dưới ảnh hưởng của lý thuyết về bản chất điện từ của ánh sáng của James Clerk Maxwell (xuất bản năm 1873 và được Heinrich Hertz xác nhận bằng thực nghiệm năm 1887), đã tiếp cận bài toán vật đen từ quan điểm phân bố năng lượng giữa các dao động điện cơ bản. , hình thức vật lý của nó không được chỉ định dưới bất kỳ hình thức nào. Mặc dù thoạt nhìn có vẻ như phương pháp ông chọn giống với kết luận của Rayleigh-Jeans, nhưng P. đã bác bỏ một số giả định được các nhà khoa học này chấp nhận.

Năm 1900, sau những nỗ lực lâu dài và bền bỉ nhằm tạo ra một lý thuyết có thể giải thích thỏa đáng các dữ liệu thực nghiệm, P. đã tìm ra được một công thức mà, như các nhà vật lý thực nghiệm từ Viện Vật lý và Công nghệ Nhà nước đã phát hiện, đã đồng ý với các kết quả đo với độ chính xác vượt trội. . Định luật Wien và Stefan-Boltzmann cũng tuân theo công thức Planck. Tuy nhiên, để rút ra được công thức của mình, ông đã phải đưa ra một khái niệm cấp tiến đi ngược lại mọi nguyên tắc đã được thiết lập. Năng lượng của bộ dao động Planck không thay đổi liên tục như vật lý truyền thống mà chỉ có thể nhận những giá trị rời rạc, tăng (hoặc giảm) theo những bước hữu hạn. Mỗi bước năng lượng bằng một hằng số nhất định (nay gọi là hằng số Planck) nhân với tần số. Những phần năng lượng rời rạc sau đó được gọi là lượng tử. Giả thuyết do P. đưa ra đã đánh dấu sự ra đời của lý thuyết lượng tử, lý thuyết đã thực hiện một cuộc cách mạng thực sự trong vật lý học. Vật lý cổ điển, trái ngược với vật lý hiện đại, giờ đây có nghĩa là “vật lý trước Planck”.

P. hoàn toàn không phải là một nhà cách mạng, và bản thân ông cũng như các nhà vật lý khác đều không nhận thức được ý nghĩa sâu sắc của khái niệm “lượng tử”. Đối với P., lượng tử chỉ là một phương tiện giúp người ta có thể rút ra một công thức phù hợp thỏa đáng với đường cong bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen. Ông nhiều lần cố gắng đạt được thỏa thuận theo truyền thống cổ điển nhưng không thành công. Đồng thời, ông vui mừng ghi nhận những thành công đầu tiên của lý thuyết lượng tử gần như ngay sau đó. Lý thuyết mới của ông, ngoài hằng số Planck, còn bao gồm các đại lượng cơ bản khác, chẳng hạn như tốc độ ánh sáng và một số gọi là hằng số Boltzmann. Năm 1901, dựa trên dữ liệu thực nghiệm về bức xạ vật đen, P. đã tính giá trị của hằng số Boltzmann và sử dụng thông tin đã biết khác để thu được số Avogadro (số nguyên tử trong một mol của một nguyên tố). Dựa vào số Avogadro, P. đã có thể tìm ra điện tích của một electron với độ chính xác vượt trội.

Vị trí của thuyết lượng tử được củng cố vào năm 1905, khi Albert Einstein sử dụng khái niệm photon - lượng tử của bức xạ điện từ - để giải thích hiệu ứng quang điện (sự phát xạ của các electron từ bề mặt kim loại được chiếu sáng bởi bức xạ cực tím). Einstein cho rằng ánh sáng có bản chất kép: nó có thể hành xử vừa như sóng (như tất cả các nhà vật lý trước đây đã thuyết phục chúng ta) vừa như một hạt (được chứng minh bằng hiệu ứng quang điện). Năm 1907, Einstein củng cố thêm quan điểm của lý thuyết lượng tử bằng cách sử dụng khái niệm lượng tử để giải thích sự khác biệt khó hiểu giữa các dự đoán lý thuyết và các phép đo thực nghiệm về nhiệt dung riêng của các vật thể - lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của một đơn vị khối lượng của chất rắn lên một độ.

Một xác nhận khác về sức mạnh tiềm tàng của sự đổi mới do P. đưa ra vào năm 1913 từ Niels Bohr, người đã áp dụng lý thuyết lượng tử vào cấu trúc của nguyên tử. Trong mô hình của Bohr, các electron trong nguyên tử chỉ có thể ở những mức năng lượng nhất định được xác định bởi giới hạn lượng tử. Sự chuyển đổi của các electron từ cấp này sang cấp khác đi kèm với sự giải phóng sự chênh lệch năng lượng dưới dạng một photon bức xạ có tần số bằng năng lượng của photon chia cho hằng số Planck. Do đó, người ta đã thu được lời giải thích lượng tử cho quang phổ đặc trưng của bức xạ phát ra từ các nguyên tử bị kích thích.

Năm 1919, P. được trao giải Nobel Vật lý năm 1918 “để ghi nhận những đóng góp của ông cho sự phát triển của vật lý thông qua việc khám phá ra lượng tử năng lượng”. Như đã nêu bởi A.G. Ekstrand, thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, tại lễ trao giải, “Lý thuyết về bức xạ của P. là ngôi sao sáng nhất trong số những ngôi sao dẫn đường của nghiên cứu vật lý hiện đại, và theo như người ta có thể đánh giá, nó vẫn sẽ là rất lâu trước khi kho báu mà thiên tài của anh ta có được đã cạn kiệt.” . Trong bài giảng Nobel năm 1920, P. đã tóm tắt công trình của mình và thừa nhận rằng “việc đưa ra lượng tử vẫn chưa dẫn đến việc tạo ra một lý thuyết lượng tử thực sự”.

20 tuổi chứng kiến sự phát triển của Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, P.A.M. Dirac và những người khác về cơ học lượng tử - được trang bị bộ máy toán học phức tạp của lý thuyết lượng tử. P. không thích cách giải thích xác suất mới của cơ học lượng tử, và giống như Einstein, ông cố gắng dung hòa các dự đoán chỉ dựa trên nguyên lý xác suất với các ý tưởng cổ điển về quan hệ nhân quả. Khát vọng của ông đã không được định sẵn để trở thành hiện thực: phương pháp xác suất vẫn tồn tại.

Đóng góp của P. cho vật lý hiện đại không chỉ giới hạn ở việc khám phá ra lượng tử và hằng số mà ngày nay mang tên ông. Ông bị ấn tượng mạnh mẽ bởi thuyết tương đối đặc biệt của Einstein, xuất bản năm 1905. Sự ủng hộ hoàn toàn của P. đối với lý thuyết mới đã góp phần rất lớn vào việc các nhà vật lý chấp nhận thuyết tương đối hẹp. Trong số những thành tựu khác của ông là đề xuất tìm ra phương trình Fokker-Planck, phương trình mô tả hành vi của một hệ hạt dưới tác dụng của các xung lực ngẫu nhiên nhỏ (Adrian Fokker là nhà vật lý người Hà Lan, người đã cải tiến phương pháp đầu tiên được Einstein sử dụng để mô tả chuyển động Brown. - chuyển động ngoằn ngoèo hỗn loạn của các hạt nhỏ lơ lửng trong chất lỏng). Năm 1928, ở tuổi 70, Planck chính thức bắt buộc phải nghỉ hưu, nhưng không cắt đứt quan hệ với Hiệp hội Khoa học Cơ bản Kaiser Wilhelm, tổ chức mà ông trở thành chủ tịch vào năm 1930. Và trước ngưỡng cửa của thập kỷ thứ tám, ông tiếp tục hoạt động nghiên cứu của mình.

Cuộc sống cá nhân của P. được đánh dấu bằng bi kịch. Người vợ đầu tiên của ông, nhũ danh Maria Merck, người mà ông kết hôn năm 1885 và sinh cho ông hai con trai và hai con gái song sinh, qua đời năm 1909. Hai năm sau, ông kết hôn với cháu gái Marga von Hesslin, người mà ông cũng có một con trai. Con trai cả của P. chết trong Thế chiến thứ nhất, và những năm sau đó cả hai cô con gái của ông đều chết khi sinh con. Người con trai thứ hai của cuộc hôn nhân đầu tiên bị xử tử năm 1944 vì tham gia vào một âm mưu chống lại Hitler thất bại.

Là một người có quan điểm và niềm tin tôn giáo vững chắc, và đơn giản là một người công bằng, P., sau khi Hitler lên nắm quyền vào năm 1933, đã công khai lên tiếng bảo vệ các nhà khoa học Do Thái bị trục xuất khỏi chức vụ của họ và buộc phải di cư. Tại một hội nghị khoa học, ông chào Einstein, người bị Đức Quốc xã nguyền rủa. Khi P., với tư cách là chủ tịch Hiệp hội Khoa học Cơ bản Kaiser Wilhelm, đến thăm chính thức Hitler, ông đã nhân cơ hội này để cố gắng ngăn chặn cuộc đàn áp các nhà khoa học Do Thái. Đáp lại, Hitler đã tung ra một cuộc tấn công chống lại người Do Thái nói chung. Sau đó, P. trở nên dè dặt hơn và giữ im lặng, mặc dù chắc chắn Đức Quốc xã đã biết về quan điểm của anh ta.

Là một người yêu nước, yêu quê hương, ông chỉ có thể cầu mong đất nước Đức lấy lại cuộc sống bình thường. Ông tiếp tục phục vụ trong nhiều hội học giả khác nhau của Đức với hy vọng bảo tồn ít nhất một phần nhỏ khoa học và sự khai sáng của Đức khỏi sự hủy diệt hoàn toàn. Sau khi nhà và thư viện cá nhân của ông bị phá hủy trong một cuộc không kích vào Berlin, P. và vợ đã cố gắng tìm nơi ẩn náu tại khu đất Rogetz gần Magdeburg, nơi họ thấy mình nằm giữa quân Đức đang rút lui và lực lượng Đồng minh đang tiến lên. Cuối cùng, cặp đôi Planck bị đơn vị Mỹ phát hiện và đưa đến bang Göttingen an toàn lúc bấy giờ.

P. qua đời ở Göttingen vào ngày 4 tháng 10 năm 1947, sáu tháng trước sinh nhật lần thứ 90 của ông. Chỉ có họ và tên của ông và giá trị số của hằng số Planck được khắc trên bia mộ của ông.

Giống như Bohr và Einstein, P. quan tâm sâu sắc đến các vấn đề triết học liên quan đến quan hệ nhân quả, đạo đức và ý chí tự do, và đã nói về những chủ đề này trên báo in cũng như trước khán giả chuyên nghiệp và giáo dân. Làm mục sư (nhưng không có chức linh mục) ở Berlin, P. tin chắc rằng khoa học bổ sung cho tôn giáo và dạy về sự trung thực và tôn trọng.

Trong suốt cuộc đời của mình, P. mang trong mình tình yêu âm nhạc đã bùng lên trong anh từ thuở ấu thơ. Là một nghệ sĩ piano xuất sắc, ông thường chơi các tác phẩm thính phòng với người bạn Einstein cho đến khi ông rời Đức. P. cũng là một người đam mê leo núi và hầu như dành mọi kỳ nghỉ ở dãy Alps.

Ngoài giải Nobel, P. còn được trao Huân chương Copley của Hiệp hội Hoàng gia Luân Đôn (1928) và Giải Goethe của Frankfurt am Main (1946). Hiệp hội Vật lý Đức đã đặt tên cho giải thưởng cao nhất của mình để vinh danh ông là Huân chương Planck, và bản thân P. là người đầu tiên nhận được giải thưởng danh dự này. Để vinh danh sinh nhật lần thứ 80 của ông, một trong những hành tinh nhỏ được đặt tên là Planckian, và sau khi Thế chiến thứ hai kết thúc, Hiệp hội Khoa học Cơ bản Kaiser Wilhelm được đổi tên thành Hiệp hội Max Planck. P. là thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Đức và Áo, cũng như các hiệp hội và học viện khoa học của Anh, Đan Mạch, Ireland, Phần Lan, Hy Lạp, Hà Lan, Hungary, Ý, Liên Xô, Thụy Điển, Ukraine và Hoa Kỳ .

Lý thuyết lượng tử ra đời vào năm 1901 khi Max Planck đề xuất một kết luận lý thuyết về mối quan hệ giữa nhiệt độ của một vật thể và bức xạ do vật thể đó phát ra, một kết luận mà các nhà khoa học khác từ lâu đã lảng tránh. Giống như những người tiền nhiệm, Planck đề xuất rằng bức xạ được phát ra bởi các bộ dao động nguyên tử, nhưng ông tin rằng năng lượng của các bộ dao động đó (và do đó là bức xạ mà chúng phát ra) tồn tại ở dạng những phần nhỏ rời rạc, mà Einstein gọi là lượng tử. Năng lượng của mỗi lượng tử tỷ lệ thuận với tần số bức xạ. Mặc dù công thức do Planck đưa ra đã khơi dậy sự ngưỡng mộ của mọi người, nhưng những giả định mà ông đưa ra vẫn chưa rõ ràng trong một thời gian vì chúng mâu thuẫn với vật lý cổ điển. Năm 1905 Albert Einstein đã sử dụng lý thuyết lượng tử để giải thích một số khía cạnh của hiệu ứng quang điện - sự phát xạ của các electron bởi bề mặt kim loại nơi bức xạ cực tím chiếu vào. Trên đường đi, Einstein đã lưu ý một nghịch lý rõ ràng: ánh sáng, từ lâu đã được biết là truyền đi dưới dạng sóng liên tục, biểu hiện những tính chất riêng biệt khi bị hấp thụ và phát ra.

Khoảng tám năm sau Niels Bohr mở rộng lý thuyết lượng tử cho nguyên tử và giải thích tần số sóng phát ra từ các nguyên tử bị kích thích trong ngọn lửa hoặc phóng điện. Ernest Rutherford cho thấy khối lượng của nguyên tử hầu như tập trung hoàn toàn ở hạt nhân trung tâm, hạt nhân mang điện tích dương và được bao quanh ở khoảng cách tương đối lớn bởi các electron mang điện tích âm, do đó toàn bộ nguyên tử trung hòa về điện.

Bohr đề xuất rằng các electron chỉ có thể ở những quỹ đạo riêng biệt nhất định tương ứng với các mức năng lượng khác nhau, và sự “nhảy” của electron từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác, với năng lượng thấp hơn, đi kèm với sự phát xạ của một photon, năng lượng của nó là bằng độ chênh lệch năng lượng của hai quỹ đạo. Tần số, theo lý thuyết Planck, tỷ lệ thuận với năng lượng của photon. Do đó, mô hình nguyên tử của Bohr đã thiết lập mối liên hệ giữa các vạch quang phổ khác nhau đặc trưng của chất phát ra bức xạ và cấu trúc nguyên tử. Bất chấp thành công ban đầu, mô hình nguyên tử của Bohr sớm cần phải sửa đổi để giải quyết những khác biệt giữa lý thuyết và thực nghiệm. Ngoài ra, lý thuyết lượng tử ở giai đoạn đó chưa cung cấp một quy trình có hệ thống để giải nhiều bài toán lượng tử. Tuy nhiên, rõ ràng là vật lý cổ điển không thể giải thích được hiện tượng electron được gia tốc không rơi vào hạt nhân, mất năng lượng khi phát ra sóng điện từ.

Một đặc điểm thiết yếu mới của lý thuyết lượng tử xuất hiện vào năm 1924, khi Louis de nướng đưa ra một giả thuyết cấp tiến về bản chất sóng của vật chất: nếu sóng điện từ, chẳng hạn như ánh sáng, đôi khi hành xử giống như hạt (như Einstein đã chỉ ra), thì các hạt, chẳng hạn như electron, có thể hành xử giống như sóng trong những trường hợp nhất định. Do đó, trong thế giới vi mô, ranh giới giữa các hạt cổ điển và sóng cổ điển đã bị xóa bỏ. Trong công thức của de Broglie, tần số tương ứng với một hạt có liên hệ với năng lượng của nó, như trong trường hợp của một photon (một hạt ánh sáng), nhưng biểu thức toán học do de Broglie đề xuất là mối quan hệ tương đương giữa bước sóng, khối lượng của hạt. và tốc độ (động lượng) của nó. Sự tồn tại của sóng điện tử đã được chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 1927. Clinton J. Davisson Và Lester H. Germer ở Hoa Kỳ và George Paget Thomson ở Anh.

Khám phá này lần lượt dẫn đến sự ra đời vào năm 1933. Ernst Ruska kính hiển vi điện tử.

Ấn tượng với những nhận xét của Einstein về ý tưởng của de Broglie Erwin Schrödinger đã cố gắng áp dụng mô tả sóng của electron vào việc xây dựng một lý thuyết lượng tử nhất quán không liên quan đến mô hình nguyên tử không đầy đủ của Bohr. Theo một nghĩa nào đó, ông có ý định đưa lý thuyết lượng tử đến gần hơn với vật lý cổ điển, vốn đã tích lũy được nhiều ví dụ về mô tả toán học của sóng. Nỗ lực đầu tiên của ông vào năm 1925 đã kết thúc trong thất bại. Tốc độ của các electron trong lý thuyết của Schrödinger gần bằng tốc độ ánh sáng, đòi hỏi phải đưa vào thuyết tương đối đặc biệt của Einstein và sự gia tăng đáng kể khối lượng electron được dự đoán bởi nó ở tốc độ rất cao.

Một trong những lý do dẫn đến thất bại của Schrödinger là ông đã không tính đến sự hiện diện của một tính chất cụ thể của electron, ngày nay được gọi là spin (sự quay của electron quanh trục của chính nó giống như một đỉnh, nhưng sự so sánh như vậy không hoàn toàn chính xác). đúng), điều này ít được biết đến vào thời điểm đó. Schrödinger thực hiện nỗ lực tiếp theo vào năm 1926. Lần này vận tốc của electron được chọn nhỏ đến mức không cần thiết phải viện đến thuyết tương đối. Nỗ lực thứ hai dẫn đến việc tìm ra phương trình sóng Schrödinger, phương trình này cung cấp một mô tả toán học về vật chất theo hàm sóng. Schrödinger gọi lý thuyết của ông là cơ học sóng. Lời giải của phương trình sóng phù hợp với những quan sát thực nghiệm và có ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển sau này của lý thuyết lượng tử. Hiện nay, hàm sóng làm cơ sở cho mô tả cơ học lượng tử của các hệ vi mô, tương tự như các phương trình Hamilton trong cơ học cổ điển.

Trước đó không lâu Werner Heisenberg , Max Sinh Và Pascual Jordan đã xuất bản một phiên bản khác của lý thuyết lượng tử, gọi là cơ học ma trận, mô tả các hiện tượng lượng tử bằng cách sử dụng các bảng đại lượng quan sát được. Các bảng này biểu thị các tập hợp toán học được sắp xếp theo một cách nhất định, được gọi là ma trận, trên đó, theo các quy tắc đã biết, có thể thực hiện các phép toán khác nhau. Cơ học ma trận cũng cho phép phù hợp với dữ liệu thực nghiệm quan sát được, nhưng không giống như cơ học sóng, nó không chứa bất kỳ tham chiếu cụ thể nào đến tọa độ không gian hoặc thời gian. Heisenberg đặc biệt nhấn mạnh đến việc từ bỏ bất kỳ biểu diễn hoặc mô hình trực quan đơn giản nào để chỉ ủng hộ những đặc tính có thể được xác định từ thí nghiệm, vì, theo những cân nhắc của ông, thế giới vi mô có cấu trúc khác về cơ bản so với thế giới vĩ mô xét theo vai trò đặc biệt của hằng số Planck. , con số này không đáng kể so với số lượng lớn trên thế giới.

Schrödinger đã chỉ ra rằng cơ học sóng và cơ học ma trận là tương đương về mặt toán học. Ngày nay được gọi chung là cơ học lượng tử, hai lý thuyết này cung cấp một khuôn khổ chung được chờ đợi từ lâu để mô tả các hiện tượng lượng tử. Nhiều nhà vật lý ưa thích cơ học sóng vì bộ máy toán học của nó quen thuộc hơn với họ và các khái niệm của nó có vẻ “vật lý” hơn; các phép toán trên ma trận sẽ phức tạp hơn.

Ngay sau khi Heisenberg và Schrödinger phát triển cơ học lượng tử, Phao-lô dirac đề xuất một lý thuyết tổng quát hơn kết hợp các yếu tố của thuyết tương đối đặc biệt của Einstein với phương trình sóng. Phương trình Dirac áp dụng cho các hạt chuyển động với tốc độ tùy ý. Các tính chất spin và từ của electron tuân theo lý thuyết của Dirac mà không có bất kỳ giả định bổ sung nào. Ngoài ra, lý thuyết của Dirac còn dự đoán sự tồn tại của các phản hạt, chẳng hạn như positron và phản proton, những cặp song sinh của các hạt có điện tích trái dấu.

] Biên tập viên điều hành L.S. Polak. Biên soạn bởi U.I. Frankfurt.
(Moscow: Nhà xuất bản "Nauka", 1975. - Bộ sách "Kinh điển về khoa học")
Quét, xử lý, định dạng: ???, sửa đổi: AAW, mor, 2010

NỘI DUNG:
Từ người biên tập (5).
NHIỆT ĐỘNG
Theo nguyên lý tăng entropy. Tin nhắn đầu tiên (9).
Theo nguyên lý tăng entropy. Tin nhắn thứ hai (25).
Theo nguyên lý tăng entropy. Tin nhắn thứ ba (36).
Theo nguyên lý tăng entropy. Tin nhắn thứ tư (69).
Nhận xét về nguyên lý Carnot-Clausius (102).
Ông Swinburne và Entropy (106).
Entropy (109).
Về ý nghĩa cơ học của nhiệt độ và entropy (111).
Về định lý Clausius cho các chu trình không thuận nghịch và về sự tăng entropy (119).
Hướng tới lý thuyết động học của chất khí. Điều tra quan trọng (121).
Về entropy tuyệt đối của các vật đơn nguyên tử (123).
Entropy tuyệt đối và hằng số hóa học (138).
Về định nghĩa thống kê của entropy (144).
Định nghĩa thống kê mới về entropy (154).
Về sự khác biệt tiềm năng của các giải pháp yếu (168).
Về sự khác biệt tiềm năng của các giải pháp yếu. Tin nhắn thứ hai (173).
Nguyên lý Le Chatelier-Brown (177).
Chú ý về thông số lượng, thông số cường độ và trạng thái cân bằng ổn định (186).
LÝ THUYẾT BỨC XẠ VÀ LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ
Về các quá trình bức xạ không thuận nghịch (191).
Entropy và nhiệt độ của năng lượng bức xạ (234).
Về một sự cải tiến của định luật bức xạ Wien (249).
Hướng tới lý thuyết phân bố năng lượng bức xạ của phổ thông thường (251).
Về định luật phân bố năng lượng trong phổ thông thường (258).
Về lượng tử cơ bản của vật chất và điện (268).
Về các quá trình bức xạ không thuận nghịch. Bổ sung (271).
Định luật bức xạ nhiệt và giả thuyết lượng tử tác dụng cơ bản (282).
Ý nghĩa hiện đại của giả thuyết lượng tử đối với lý thuyết động học của chất khí (311).
Công thức sửa đổi của giả thuyết lượng tử (325).
Về tác dụng lượng tử trong điện động lực học (331).
Cấu trúc vật lý của không gian pha (339).
Về bản chất của bức xạ nhiệt (370).
Về vấn đề lượng tử hóa khí đơn nguyên tử (384).
Thực tế vật lý của lượng tử ánh sáng (393).
Về công trình của Schrödinger về cơ học sóng (398).
Nỗ lực tổng hợp cơ học sóng và hạt (401).
Một nỗ lực tổng hợp cơ học sóng và cơ học hạt. Phụ lục (417).
Một nỗ lực tổng hợp cơ học sóng và cơ học hạt. Tin nhắn thứ hai (419).
Về lịch sử khám phá lượng tử tác dụng (431).
LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI
Nguyên lý tương đối và các phương trình cơ bản của cơ học (445).
Các phép đo của Kaufman về độ lệch của tia B và ý nghĩa của chúng đối với động lực học Điện tử (449).
Bổ sung vào cuộc thảo luận về phép đo Kaufman (462).
Về động lực học của hệ thống chuyển động (466).
Nhận xét về nguyên lý tác dụng và phản lực trong động lực học tổng quát (494).
Xoay đều và co Lorentz (498).
BÀI VIẾT VÀ BÀI PHÁT BIỂU
Về vật lý mới (501).
Vật lý lý thuyết (506).
Heinrich Rudolf Hertz (510).
Paul Drude (531).
Công lao của Helmholtz trong vật lý lý thuyết (553).
Gottfried Wilhelm Leibniz (550).
Nhân kỷ niệm 25 năm phát hiện của W. Friedrich, P. Knipschg và M. Laue (561).
Ký ức (564).
Hai mươi năm nghiên cứu về bức tranh vật lý của thế giới (568).
Nguồn gốc và ảnh hưởng của các ý tưởng khoa học (590).
Sự xuất hiện và phát triển dần dần của thuyết lượng tử (603).
Sự thống nhất của bức tranh vật chất của thế giới (613).
Mối quan hệ của vật lý hiện đại với thế giới quan cơ học (634).
Tự truyện khoa học (649).
Bài phát biểu học thuật (664).
ỨNG DỤNG
M. Planck và sự xuất hiện của vật lý lượng tử. L.S. Tiếng Ba Lan (685).
Bình luận về một bài viết của M. Planck. MỘT. Frumkin (735).
Công trình nhiệt động lực học của M. Planck. U.I. Frankfurt (737).
M. Planck là nhà hóa học vật lý. Yu.I. Soloviev (745).
Công trình của M. Planck về thuyết tương đối đặc biệt. VÀ TÔI. Itenberg, W.I. Frankfurt (754).
Quan điểm triết học của M. Planck. Yu.V. Sachkov, E.M. Chudinov (757).
Thư mục (762).
Chỉ số tên (781).

Tóm tắt của nhà xuất bản:Ấn bản này gồm các tác phẩm chọn lọc của Max Planck, một trong những người sáng lập vật lý hiện đại, bao gồm các bài viết về nhiệt động lực học, vật lý thống kê, lý thuyết lượng tử, thuyết tương đối đặc biệt, cũng như các vấn đề chung của vật lý và hóa học.
Cuốn sách được các nhà vật lý, hóa học, sử học vật lý và hóa học quan tâm.