A Constante de Planck foi um grande salto conceitualmente? [duplicado]
Deve ter sido observado, por exemplo, que não havia elemento mais leve que o hidrogênio ou que não havia elétrons com cargas diferentes (acredito que o elétron foi descoberto antes da Constante de Planck), mas apenas uma carga e essa era a menor carga. Então, imaginar que a própria energia veio em um pacote menor foi uma grande surpresa ou foi a confirmação de algo que já havia sido teorizado?
Respostas
A quantização da energia da luz de uma determinada frequência em fótons foi um salto verdadeiramente enorme em relação à física clássica.
Primeiro, as idéias de átomos e partículas elementares, incluindo elétrons, estavam sendo desenvolvidas quase ao mesmo tempo que a mecânica quântica. Portanto, a premissa da pergunta não está totalmente certa; o elétron foi descoberto por JJ Thompson em 1897, e a carga por Millikan em 1913, enquanto o artigo de Planck sobre a radiação do corpo negro foi publicado em 1900.
Mas mesmo que consideremos certa a existência de um elétron com carga unitária, a quantização da energia é mais um grande salto conceitual. A teoria clássica do eletromagnetismo de Maxwell pode facilmente incorporar cargas pontuais$^\star$, e mesmo que não explique por que as cargas devem vir em unidades da carga do elétron, não há problema lógico em haver uma carga unitária.
No entanto, as equações de Maxwell fazem uma previsão muito firme de que a energia de uma onda eletromagnética é proporcional à amplitude da onda, e a amplitude é uma quantidade contínua. Não há como reproduzir$E=\hbar \omega$dentro do eletromagnetismo clássico; uma vez que cargas em aceleração produzem ondas eletromagnéticas, uma carga oscilando em uma determinada frequência pode produzir ondas maiores ou menores, aumentando a amplitude de sua oscilação. Na física clássica, as partículas podem oscilar com qualquer amplitude. Portanto, realmente há algo extra e (do ponto de vista da física clássica) extremo que é necessário para explicar a radiação do corpo negro.
$^\star$ questões de módulo sobre a força própria, que irei ignorar.
Na filosofia e na ciência do início da modernidade, havia uma teoria corpuscular da luz e a autoridade de Newton também estava por trás dela. No final do século 19 c. fenômenos eletromagnéticos demonstraram que a luz é uma onda, mas o trabalho de Planck parecia justificar a visão alternativa. Na verdade, a constante foi introduzida como um truque matemático - uma integral diverge até o infinito, enquanto a soma correspondente é finita. Planck recorreu a ele exasperado e mais tarde até disse que se arrependia de ter inventado isso. Mas essa visão explica muito mais - algo que não poderia e não aconteceu ao mesmo tempo: não houve salto, apenas uma realização gradual.
ver Jammer M., * The Conceptual Development of Quantum Mechanics. * NY, 2ª ed. 1989. (Há também um problema de escala: levou uma geração e mais para admitir que a teoria quântica permanecerá, mas à distância é uma revolução.)