Czy Stała Plancka była koncepcyjnym wielkim krokiem naprzód? [duplikować]
Musiało zostać zaobserwowane na przykład, że nie było pierwiastka lżejszego od wodoru lub że nie było elektronów o różnym ładunku (sądzę, że elektron został odkryty przed stałą Plancka), ale tylko jeden ładunek i był to najmniejszy ładunek. Czy więc wyobrażanie sobie, że sama energia pojawiła się w najmniejszej paczce, była ogromną niespodzianką, czy też potwierdzeniem czegoś, co zostało już teoretyzowane?
Odpowiedzi
Kwantyzacja energii światła o danej częstotliwości na fotony była naprawdę ogromnym skokiem w stosunku do klasycznej fizyki.
Po pierwsze, idee atomów i cząstek elementarnych, w tym elektronów, były rozwijane mniej więcej w tym samym czasie, co mechanika kwantowa. Zatem przesłanka tego pytania nie jest całkiem słuszna; elektron został odkryty przez JJ Thompsona w 1897 r., a ładunek Millikana w 1913 r., a artykuł Plancka na temat promieniowania ciała doskonale czarnego został opublikowany w 1900 r.
Ale nawet jeśli weźmiemy za pewnik istnienie elektronu z ładunkiem jednostkowym, kwantyzacja energii jest kolejnym dużym krokiem koncepcyjnym. Klasyczna teoria elektromagnetyzmu Maxwella może bardzo łatwo zawierać ładunki punktowe$^\star$i nawet jeśli nie wyjaśnia, dlaczego ładunki powinny występować w jednostkach ładunku elektronu, nie ma logicznego problemu z istnieniem ładunku jednostkowego.
Jednak z równań Maxwella wynika, że energia fali elektromagnetycznej jest proporcjonalna do amplitudy fali, a amplituda jest wielkością ciągłą. Nie ma sposobu, aby się rozmnażać$E=\hbar \omega$w ramach klasycznego elektromagnetyzmu; Ponieważ ładunki przyspieszające wytwarzają fale elektromagnetyczne, ładunek oscylujący przy danej częstotliwości może wytwarzać większe lub mniejsze fale, zwiększając amplitudę jego oscylacji. W fizyce klasycznej cząstki mogą oscylować z dowolną amplitudą. Tak więc naprawdę jest coś dodatkowego i (z punktu widzenia fizyki klasycznej) ekstremum, co jest potrzebne do wyjaśnienia promieniowania ciała doskonale czarnego.
$^\star$ kwestie modulo dotyczące siły własnej, które zignoruję.
We wczesnej nowożytnej filozofii i nauce istniała korpuskularna teoria światła , za którą stał również autorytet Newtona. Pod koniec XIX wieku. Zjawiska elektromagnetyczne pokazały, że światło jest falą, ale praca Plancka zdawała się potwierdzać alternatywny pogląd. W rzeczywistości stała została wprowadzona jako sztuczka matematyczna - całka rozbiega się do nieskończoności, podczas gdy odpowiadająca jej suma jest skończona. Planck uciekł się do tego z irytacją, a później nawet powiedział, że żałuje, że to wymyślił. Ale ten pogląd wyjaśnia znacznie więcej - coś, co nie mogło i nie wydarzyło się od razu: nie było skoku, tylko stopniowa realizacja.
patrz Jammer M., * The Conceptual Development of Quantum Mechanics. * NY, wyd. 1989. (Jest też problem ze skalą: potrzeba było pokolenia i więcej, aby przyznać, że teoria kwantowa pozostanie, ale z daleka jest to rewolucja).