Постоянная Планка

С времен Древней Греции было известно, что горячие камни светятся, и цвет этого свечения показывает, насколько нагрет камень. Желание понять, что за невидимые тепловые лучи вместе с тем испускают нагретые тела, стала для физиков новым вызовом.

Макс Планк стал отцом-основателем квантовой физики, хотя все его заслуги в том, что он удачно ввел концепцию кванта, чтобы справиться с математическими трудностями при описании физического явления.

Было известно, что светящиеся белым горячие металлы имеют температуру выше, чем те, которые светятся красным. Но самые горячие — это те, которые светятся голубоватым светом. Просматривалась четкая связь между частотой излучения (или длиной волны), которую мы воспринимаем как цвет, и энергией волны. Однако никто не знал, стоит ли в этом ряду тепловое излучение — то тепло, которое мы чувствуем кожей.

В 1859 году Густав Кирхгоф в своем труде по спектроскопии поставил вопрос немного иначе. А именно, как будет излучать энергию абсолютно черное тело. (Черным его назвали потому, что оно поглощает все падающее на него излучение.)

В 1890-е годы Макс Планк взялся за этот вопрос и разработал математическую модель того, как тело принимает и отдает излучение. Ученый использовал для этого уравнение теплового равновесия черного тела, когда это тело излучает столько же энергии, сколько поглощает. Планк хотел найти соответствие температуры и энергии, переносимой волнами теплового излучения.

Еще одним вкладом Макса Планка в квантовую физику являются так называемые планковские единицы. Это естественная система единиц измерения, построенная на скорости света, гравитационной постоянной G и некоторых других. Все универсальные физические константы, выраженные в этой системе единиц, равны 1. Как показано в таблице ниже, планковские единицы больше подходят для микромира. Фактически это наименьшие возможные значения физических величин во Вселенной

Вначале математический подход Планка привел его к ультрафиолетовой катастрофе. В 1900 году Планк применил методы статистической механики Больцмана и добился большего успеха. В своей квантовой теории излучения Планк представил энергию в виде квантов, крошечных неделимых порций излучения. Формула Планка для энергии кванта излучения E=hv. То есть энергия (E) излучения пропорциональна его частоте (v).

Постоянная пропорциональности (h) впоследствии получила название постоянной Планка. Малое значение величины кванта действия , как иногда называют постоянную Планка, указывает на то, что частицы могут иметь самую разную энергию, но далеко не любую. Она должна быть кратна энергии кванта. С этого момента начинается история квантовой физики.