La constante de Planck était-elle un énorme bond conceptuel? [dupliquer]
Il a dû être observé, par exemple, qu'il n'y avait pas d'élément plus léger que l'hydrogène ou qu'il n'y avait pas d'électrons de charges différentes (je crois que l'électron a été découvert avant la constante de Planck) mais une seule charge et c'était la plus petite charge. Alors imaginer que l'énergie elle-même venait dans un plus petit paquet était-il une énorme surprise ou était-ce la confirmation de quelque chose qui avait déjà été théorisé?
Réponses
La quantification de l'énergie de la lumière d'une fréquence donnée en photons était un saut vraiment énorme par rapport à la physique classique.
Premièrement, les idées d'atomes et de particules élémentaires, y compris les électrons, se développaient à peu près en même temps que la mécanique quantique. La prémisse de la question n'est donc pas tout à fait juste; L'électron a été découvert par JJ Thompson en 1897 et la charge par Millikan en 1913, tandis que l'article de Planck sur le rayonnement du corps noir a été publié en 1900.
Mais même si l'on tient pour acquis l'existence d'un électron avec une charge unitaire, la quantification de l'énergie est encore un autre saut conceptuel majeur. La théorie classique de l'électromagnétisme de Maxwell peut très facilement intégrer des charges ponctuelles$^\star$, et même si cela n'explique pas pourquoi les charges devraient être exprimées en unités de charge électronique, il n'y a pas de problème logique avec l'existence d'une charge unitaire.
Cependant, les équations de Maxwell font une prédiction très ferme que l'énergie d'une onde électromagnétique est proportionnelle à l'amplitude de l'onde et que l'amplitude est une quantité continue. Il n'y a aucun moyen de reproduire$E=\hbar \omega$dans l'électromagnétisme classique; comme les charges accélératrices produisent des ondes électromagnétiques, une charge oscillant à une fréquence donnée peut produire des ondes plus ou moins grandes en augmentant l'amplitude de son oscillation. En physique classique, les particules peuvent osciller avec n'importe quelle amplitude. Il y a donc vraiment quelque chose de plus et (du point de vue de la physique classique) extrême qui est nécessaire pour expliquer le rayonnement du corps noir.
$^\star$ problèmes modulo concernant l'auto-force, que je vais ignorer.
Au début de la philosophie et de la science modernes, il y avait une théorie corpusculaire de la lumière et l'autorité de Newton était également derrière elle. À la fin du 19e s. les phénomènes électromagnétiques ont démontré que la lumière est une onde, mais les travaux de Planck semblaient justifier le point de vue alternatif. En fait, la constante a été introduite comme une astuce mathématique - une intégrale diverge à l'infini, tandis que la somme correspondante est finie. Planck y recourut avec exaspération et déclara même plus tard qu'il regrettait de l'avoir inventé. Mais ce point de vue explique beaucoup plus - quelque chose qui ne pouvait pas et ne s'est pas produit à la fois: il n'y a pas eu de saut, seulement une prise de conscience progressive.
voir Jammer M., * The Conceptual Development of Quantum Mechanics. * NY, 2e éd. 1989. (Il y a aussi un problème d'échelle: il a fallu une génération et plus pour admettre que la théorie quantique restera, mais de loin c'est une révolution.)