War Plancks Konstante konzeptionell ein großer Sprung? [Duplikat]
Es muss zum Beispiel beobachtet worden sein, dass es kein Element gab, das leichter als Wasserstoff war, oder dass es keine unterschiedlich geladenen Elektronen gab (ich glaube, das Elektron wurde vor Plancks Konstante entdeckt), sondern nur eine Ladung und das war die kleinste Ladung. War es also eine große Überraschung, sich vorzustellen, dass Energie selbst in einem kleinsten Paket geliefert wurde, oder war es eine Bestätigung für etwas, das bereits theoretisiert worden war?
Antworten
Die Quantisierung der Energie des Lichts einer bestimmten Frequenz in Photonen war ein wirklich enormer Sprung aus der klassischen Physik.
Erstens wurden die Ideen von Atomen und Elementarteilchen einschließlich Elektronen ungefähr zur gleichen Zeit wie die Quantenmechanik entwickelt. Die Prämisse der Frage ist also nicht ganz richtig; Das Elektron wurde 1897 von JJ Thompson und 1913 von Millikan entdeckt, während Plancks Artikel über Schwarzkörperstrahlung 1900 veröffentlicht wurde.
Aber selbst wenn wir die Existenz eines Elektrons mit einer Einheitsladung für selbstverständlich halten, ist die Quantisierung von Energie ein weiterer wichtiger konzeptioneller Sprung. Maxwells klassische Theorie des Elektromagnetismus kann sehr leicht Punktladungen einbeziehen$^\star$und selbst wenn es nicht erklärt, warum Ladungen in Einheiten der Elektronenladung kommen sollten, gibt es kein logisches Problem, wenn es eine Einheitsladung gibt.
Die Maxwell-Gleichungen sagen jedoch sehr genau voraus, dass die Energie einer elektromagnetischen Welle proportional zur Amplitude der Welle ist und die Amplitude eine kontinuierliche Größe ist. Es gibt keine Möglichkeit, sich zu reproduzieren$E=\hbar \omega$innerhalb des klassischen Elektromagnetismus; Da beschleunigende Ladungen elektromagnetische Wellen erzeugen, kann eine Ladung, die mit einer bestimmten Frequenz schwingt, größere oder kleinere Wellen erzeugen, indem die Amplitude ihrer Schwingung erhöht wird. In der klassischen Physik können Teilchen mit jeder Amplitude schwingen. Es gibt also wirklich etwas Besonderes und (aus Sicht der klassischen Physik) Extremes, das zur Erklärung der Schwarzkörperstrahlung benötigt wird.
$^\star$ Modulo-Probleme in Bezug auf die Selbstkraft, die ich ignorieren werde.
In der Philosophie und Wissenschaft der frühen Neuzeit gab es eine korpuskuläre Lichttheorie, und auch Newtons Autorität steckte dahinter. Ende des 19. Jahrhunderts. Elektromagnetische Phänomene zeigten, dass Licht eine Welle ist, aber Plancks Arbeit schien die alternative Sichtweise zu rechtfertigen. Tatsächlich wurde die Konstante als mathematischer Trick eingeführt - ein Integral divergiert zur Unendlichkeit, während die entsprechende Summe endlich ist. Planck griff verärgert darauf zurück und sagte später sogar, er bedauere es, dies erfunden zu haben. Diese Ansicht erklärt jedoch noch viel mehr - etwas, das nicht sofort geschehen konnte und auch nicht geschah: Es gab keinen Sprung, nur eine allmähliche Verwirklichung.
siehe Jammer M., * Die konzeptionelle Entwicklung der Quantenmechanik. * NY, 2. Aufl. 1989. (Es gibt auch ein Skalenproblem: Es dauerte eine Generation und mehr, um zuzugeben, dass die Quantentheorie bestehen bleibt, aber aus der Ferne ist es eine Revolution.)