2020-06-29
239
В конце XIX века многие учёные считали, что развитие физики завершилось. Законы механики и теория всемирного тяготения были известны более 200 лет. К этому времени уже была развита и стала общепризнанной теория электромагнитного поля, основы которой были заложены Максвеллом.
Однако к началу XX века возникли проблемы, касающиеся физической природы излучения и вещества, а также их взаимодействия. Многократно проверенные законы электромагнетизма Максвелла неожиданно «забастовали», когда их попытались применить к проблеме излучения веществом коротких электромагнитных волн. Это было тем более удивительно, что эти законы превосходно описывали излучение радиоволн антенной. И что в своё время само существование электромагнитных волн было предсказано на основе этих законов.
Анализ этих противоречий привёл физиков в начале XX века к научной революции, которая коренным образом изменила взгляды учёных на объекты микромира — атом, его ядро и элементарные частицы. Так, согласно теории Максвелла, электромагнитные волны порождают колеблющиеся заряды. Следовательно, излучение нагретых тел должно объясняться колебаниями электрических зарядов в молекулах вещества. При этом, чем больше частота этих колебаний, тем интенсивнее должно происходить излучение. Однако многочисленные опыты упрямо говорили о том, что при больши́х частотах плотность энергии становится малой, о чём свидетельствует характер спектра электромагнитного излучения.
В поисках выхода из этого противоречия между теорией и опытом немецкий физик Макс Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями — квантами. При этом энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения:
Е = hν.
Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка. Начиная с 20 мая 2019 года, её значение (точное), определяется выражением:
h = 6,62607015 ∙ 10–34 Дж ∙ с.
Конечно же для решения задач мы будем применять приближённое значение постоянной Планка:
h = 6,63 ∙ 10–34 Дж ∙ с.
Предположение Планка фактически означало, что законы классической физики совершенно неприменимы к явлениям микромира. После открытия Планка в течение последующих 30 лет были заложены основы современной, глубокой и стройной физической теории — квантовой, развитие которой не завершено и по сей день.
А началось всё с того, что в 1887 году Генрих Герц обнаружил, что пробой воздушного промежутка между двумя цинковыми шариками разрядника происходит при меньшей разности потенциалов, если освещать один из них ультрафиолетовыми лучами. Дальнейшие эксперименты показали, что отрицательно заряженная цинковая пластинка при облучении ультрафиолетовым излучением разряжается. Позднее учёные, и прежде всего русский физик Александр Григорьевич Столетов выяснили, что под действием света часть отрицательно заряженных частиц — электронов, входящих в состав тела, покидает его.
