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.