Hằng số Planck có phải là một bước nhảy vọt lớn về mặt khái niệm? [bản sao]
Chẳng hạn như người ta đã quan sát thấy rằng không có nguyên tố nào nhẹ hơn hydro hoặc không có các electron mang điện khác nhau (tôi tin rằng electron đã được phát hiện trước Hằng số Planck) mà chỉ có một điện tích và đó là điện tích nhỏ nhất. Vì vậy, việc tưởng tượng rằng bản thân năng lượng xuất hiện trong một gói nhỏ nhất là một bất ngờ lớn hay đó là sự xác nhận của một điều gì đó đã được lý thuyết hóa?
Trả lời
Việc lượng tử hóa năng lượng của ánh sáng có tần số nhất định thành các photon thực sự là một bước tiến vượt bậc so với vật lý cổ điển.
Đầu tiên, các ý tưởng về nguyên tử và các hạt cơ bản bao gồm cả các electron đã được phát triển gần như cùng lúc với cơ học lượng tử. Vì vậy, tiền đề của câu hỏi không hoàn toàn đúng; electron được phát hiện bởi JJ Thompson vào năm 1897, và điện tích bởi Millikan vào năm 1913, trong khi bài báo của Planck về bức xạ vật đen được xuất bản vào năm 1900.
Nhưng ngay cả khi chúng ta cho rằng sự tồn tại của một electron với một điện tích đơn vị, thì quá trình lượng tử hóa năng lượng vẫn là một bước tiến lớn về khái niệm. Lý thuyết điện từ học cổ điển của Maxwell có thể rất dễ dàng kết hợp các điện tích điểm$^\star$, và ngay cả khi nó không giải thích được tại sao các điện tích lại tính theo đơn vị điện tích electron, thì không có vấn đề logic nào về việc có một điện tích đơn vị.
Tuy nhiên, các phương trình của Maxwell đưa ra một dự đoán rất chắc chắn rằng năng lượng của sóng điện từ tỷ lệ với biên độ của sóng và biên độ là một đại lượng liên tục. Không có cách nào để tái tạo$E=\hbar \omega$trong điện từ học cổ điển; Vì các điện tích gia tốc tạo ra sóng điện từ, một điện tích dao động ở một tần số nhất định có thể tạo ra sóng lớn hơn hoặc nhỏ hơn bằng cách tăng biên độ dao động của nó. Trong vật lý cổ điển, các hạt có thể dao động với bất kỳ biên độ nào. Vì vậy, thực sự cần có một cái gì đó bổ sung và (theo quan điểm của vật lý cổ điển) để giải thích bức xạ vật đen.
$^\star$ vấn đề modulo liên quan đến lực lượng bản thân, mà tôi sẽ bỏ qua.
Trong triết học và khoa học hiện đại ban đầu, có một lý thuyết vật thể về ánh sáng và quyền lực của Newton cũng đứng sau nó. Cuối ngày 19 c. Các hiện tượng điện từ chứng minh rằng ánh sáng là một sóng, nhưng công trình của Planck dường như chứng minh cho quan điểm thay thế. Thực ra hằng số được giới thiệu như một thủ thuật toán học - một tích phân phân kỳ đến vô cùng, trong khi tổng tương ứng là hữu hạn. Planck bực tức dùng đến nó và sau đó thậm chí còn nói rằng ông hối hận vì đã phát minh ra điều này. Nhưng quan điểm này giải thích nhiều hơn - một điều không thể và không xảy ra ngay lập tức: không có bước nhảy vọt, chỉ có sự nhận ra dần dần.
xem Jammer M., * Sự phát triển khái niệm của Cơ học lượng tử. * NY, xuất bản lần thứ 2. 1989. (Ngoài ra còn có một vấn đề về quy mô: phải mất một thế hệ và hơn thế nữa người ta mới thừa nhận rằng lý thuyết lượng tử sẽ tồn tại, nhưng nhìn từ xa thì đó là một cuộc cách mạng.)