La costante di Planck è stata un enorme salto concettualmente? [duplicare]

Jan 14 2021

Deve essere stato osservato, ad esempio, che non c'era elemento più leggero dell'idrogeno o che non c'erano elettroni con carica diversa (credo che l'elettrone sia stato scoperto prima della costante di Planck) ma solo una carica e quella era la carica più piccola. Quindi immaginare che l'energia stessa arrivasse in un pacchetto più piccolo è stata una grande sorpresa o era la conferma di qualcosa che era già stato teorizzato?

Risposte

6 Noname Jan 14 2021 at 01:48

La quantizzazione dell'energia della luce di una data frequenza in fotoni è stato un salto davvero enorme dalla fisica classica.

In primo luogo, le idee degli atomi e delle particelle elementari, inclusi gli elettroni, sono state sviluppate più o meno nello stesso periodo della meccanica quantistica. Quindi la premessa della domanda non è del tutto corretta; l'elettrone fu scoperto da JJ Thompson nel 1897 e la carica da Millikan nel 1913, mentre l'articolo di Planck sulla radiazione del corpo nero fu pubblicato nel 1900.

Ma anche se diamo per scontata l'esistenza di un elettrone con una carica unitaria, la quantizzazione dell'energia è ancora un altro grande balzo concettuale. La teoria classica dell'elettromagnetismo di Maxwell può incorporare molto facilmente cariche puntiformi$^\star$, e anche se non spiega perché le cariche dovrebbero essere espresse in unità di carica dell'elettrone, non c'è alcun problema logico con la presenza di una carica unitaria.

Tuttavia le equazioni di Maxwell fanno una previsione molto ferma che l'energia di un'onda elettromagnetica è proporzionale all'ampiezza dell'onda e l'ampiezza è una quantità continua. Non c'è modo di riprodursi$E=\hbar \omega$all'interno dell'elettromagnetismo classico; poiché le cariche in accelerazione producono onde elettromagnetiche, una carica che oscilla ad una data frequenza può produrre onde più grandi o più piccole aumentando l'ampiezza della sua oscillazione. Nella fisica classica, le particelle possono oscillare con qualsiasi ampiezza. Quindi c'è davvero qualcosa in più e (dal punto di vista della fisica classica) estremo che è necessario per spiegare la radiazione del corpo nero.

$^\star$ problemi modulo per quanto riguarda l'auto-forza, che ignorerò.

3 sand1 Jan 15 2021 at 00:57

Nella prima filosofia e scienza moderne c'era una teoria corpuscolare della luce e anche l'autorità di Newton era dietro di essa. Alla fine del XIX sec. i fenomeni elettromagnetici hanno dimostrato che la luce è un'onda, ma il lavoro di Planck sembrava confermare la visione alternativa. In realtà la costante è stata introdotta come un trucco matematico: un integrale diverge all'infinito, mentre la somma corrispondente è finita. Planck vi ricorse esasperato e in seguito disse persino di essersi pentito di averlo inventato. Ma questa visione spiega molto di più - qualcosa che non poteva e non è accaduto subito: non c'è stato alcun salto, solo una realizzazione graduale.


vedere Jammer M., * The Conceptual Development of Quantum Mechanics. * NY, 2a ed. 1989. (C'è anche un problema di scala: ci è voluta una generazione e più per ammettere che la teoria quantistica rimarrà, ma da lontano è una rivoluzione.)