Была ли «Константа Планка» огромным концептуальным скачком? [дубликат]
Должно быть замечено, например, что не было элемента легче водорода или что не было электронов с разными зарядами (я считаю, что электрон был открыт до постоянной Планка), а был только один заряд, и это был наименьший заряд. Было ли представление о том, что энергия сама по себе пришла в виде мельчайшего пакета, было огромным сюрпризом или это было подтверждением того, что уже было теоретизировано?
Ответы
Квантование энергии света заданной частоты в фотоны было поистине огромным шагом вперед по сравнению с классической физикой.
Во-первых, идеи атомов и элементарных частиц, включая электроны, развивались примерно в то же время, что и квантовая механика. Итак, посылка вопроса не совсем верна; электрон был открыт Дж. Дж. Томпсоном в 1897 году, а заряд - Милликеном в 1913 году, а статья Планка о излучении черного тела была опубликована в 1900 году.
Но даже если мы примем как должное существование электрона с единичным зарядом, квантование энергии - это еще один серьезный концептуальный скачок. Классическая теория электромагнетизма Максвелла может очень легко включать точечные заряды$^\star$, и даже если это не объясняет, почему заряды должны быть в единицах заряда электрона, нет никакой логической проблемы с наличием единичного заряда.
Однако уравнения Максвелла делают очень твердое предсказание, что энергия электромагнитной волны пропорциональна амплитуде волны, а амплитуда является непрерывной величиной. Нет возможности воспроизвести$E=\hbar \omega$в рамках классического электромагнетизма; поскольку ускоряющие заряды производят электромагнитные волны, заряд, колеблющийся с заданной частотой, может производить большие или меньшие волны, увеличивая амплитуду своих колебаний. В классической физике частицы могут колебаться с любой амплитудой. Таким образом, действительно есть что-то дополнительное и (с точки зрения классической физики) экстремальное, что необходимо для объяснения излучения черного тела.
$^\star$ вопросы по модулю, касающиеся силы собственной личности, которые я проигнорирую.
В ранней современной философии и науке существовала корпускулярная теория света, и за ней стоял авторитет Ньютона. В конце XIX в. Электромагнитные явления продемонстрировали, что свет - это волна, но работа Планка, казалось, подтверждала альтернативную точку зрения. Фактически константа была введена как математический трюк - интеграл расходится до бесконечности, а соответствующая сумма конечна. Планк прибег к этому в раздражении и позже даже сказал, что сожалеет о том, что изобрел это. Но этот взгляд объясняет гораздо больше - то, что не могло и не произошло сразу: не было скачка, только постепенное осознание.
см. Джаммер М., * Концептуальное развитие квантовой механики. * Нью-Йорк, 2-е изд. 1989. (Есть также проблема масштаба: потребовалось поколение и даже больше, чтобы признать, что квантовая теория останется, но на расстоянии это революция.)