Бұл мақалада Планк гипотезасының не екені, оны кім жасағаны және қазіргі ғылымның дамуы үшін қаншалықты маңызды болғаны түсіндіріледі. Бүкіл микроәлем үшін кванттау идеясының маңыздылығы да көрсетілген.
Смартфон және кванттық физика
Бізді қоршаған қазіргі әлем жүз жыл бұрын таныс болған барлық нәрселерден технология жағынан өте ерекшеленеді. Мұның бәрі ХХ ғасырдың басында ғалымдар кедергіні жеңіп, ең кішкентай масштабтағы материяның үздіксіз емес екенін түсінгендіктен ғана мүмкін болды. Және бұл дәуірді оның жорамалымен тамаша адам – Макс Планк ашты.
Планктың өмірбаяны
Физикалық тұрақтылардың бірі, кванттық теңдеу, Германиядағы ғылыми қоғамдастық, астероид, Айдағы кратер, ғарыштық телескоп атымен аталған. Оның бейнесі тиындарға бедерленген және маркалар мен банкноттарға басылған. Макс Планк қандай адам болды? Ол он тоғызыншы ғасырдың ортасында қарапайым неміс дворян отбасында дүниеге келген. Оның ата-бабаларының арасында көптеген жақсы заңгерлер мен шіркеу қызметшілері болды. М. Планк жақсы білім алды, бірақ физик әріптестері оны әзілдеп «өзін-өзі оқытты» деп атады. Ғалым өзінің негізгі білімін сол жерден алғанкітаптар.
Планктың гипотезасы оның теориялық тұрғыдан жасаған болжамынан туған. Ол өзінің ғылыми қызметінде «бірінші кезекте ғылым» қағидасын ұстанды. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде Планк Германияға қарсы шыққан елдердің шетелдік әріптестерімен байланыс орнатуға тырысты. Фашистердің келуі оны үлкен ғылыми қоғамдастықтың директоры лауазымында тапты - және ғалым өз қызметкерлерін қорғауға тырысты, режимнен қашқандардың шетелге кетуіне көмектесті. Сондықтан Планктың гипотезасы оны құрметтейтін жалғыз нәрсе емес еді. Бірақ ол Гитлерге қарсы ешқашан ашық сөз айтпаған, шамасы, өзіне зиянын тигізіп қана қоймай, оған мұқтаж жандарға көмектесе алмайтынын түсінген сияқты. Өкінішке орай, көптеген физиктер М. Планктың бұл ұстанымын қабылдамай, онымен хат алмасуды тоқтатты. Оның бес баласы болды, әкесінен тек кенжесі ғана қалды. Үлкен ұлын Бірінші, ортаншысын Екінші дүниежүзілік соғыс алды. Екі қызы да босанудан аман қалмады. Сонымен бірге замандастары Планктың өзі үйде ғана болғанын атап өтті.
Кванта көздері
Мектеп кезінен ғалымды термодинамиканың екінші заңы қызықтырды. Онда былай делінген: кез келген процесс тек хаостың ұлғаюымен және энергияның немесе массаның жоғалуымен жүреді. Ол бірінші болып оны термодинамикалық жүйеде ғана өсетін энтропия тұрғысынан осылай тұжырымдады. Кейінірек дәл осы жұмыс Планктың әйгілі болжамын тұжырымдауға әкелді. Ол сонымен қатар математика мен физиканы ажырату дәстүрін енгізіп, соңғысының теориялық бөлімін іс жүзінде жасағандардың бірі болды. Оның алдындабарлық жаратылыстану ғылымдары аралас болды және эксперименттерді алхимиялық ғылымдардан еш айырмашылығы жоқ зертханаларда жеке адамдар жүргізді.
Кванттық гипотеза
Электромагниттік толқындардың энтропиясын осцилляторлар тұрғысынан зерттей отырып және екі күн бұрын, 1900 жылы 19 қазанда алынған эксперименттік мәліметтерге сүйене отырып, Планк басқа ғалымдарға кейін оның атымен аталатын формуланы ұсынды. Ол энергияны, толқын ұзындығын және сәулелену температурасын байланыстырды (толық қара дене үшін шектеулі жағдайда). Келесі түнде оның әріптестері Рубенстің басшылығымен осы теорияны растау үшін эксперименттер жасады. Және ол дұрыс айтты! Дегенмен, осы формуладан туындайтын гипотезаны теориялық тұрғыдан негіздеу және сонымен бірге шексіздік сияқты математикалық қиындықтарды болдырмау үшін Планк энергияның бұрын ойлағандай үздіксіз ағынмен емес, бөлек бөліктерде бөлінетінін мойындауға мәжбүр болды (Е.=hν). Бұл тәсіл қатты дене туралы бұрыннан бар барлық идеяларды жойды. Планктың кванттық гипотезасы физикада төңкеріс жасады.
Кванталаудың салдары
Ғалым алғашында ашқан жаңалығының маңыздылығын түсінбеді. Біраз уақыт ол шығарған формула есептеуге арналған математикалық операциялардың санын азайтудың ыңғайлы әдісі ретінде ғана қолданылды. Сонымен бірге Планк та, басқа ғалымдар да Максвеллдің үздіксіз теңдеулерін пайдаланды. Жалғыз ыңғайсыз нәрсе - физикалық мағына беру мүмкін емес тұрақты h. Тек кейінірекАльберт Эйнштейн мен Пол Эренфест радиоактивтіліктің жаңа құбылыстарын түсініп, оптикалық спектрлердің математикалық негіздемесін табуға тырысып, Планк гипотезасының маңыздылығын түсінді. Олар энергияны кванттау формуласы алғаш рет ұсынылған баяндама жаңа физика дәуірін ашты дейді. Оның басталуын бірінші болып таныған Эйнштейн болса керек. Демек, бұл да оның еңбегі.
Квантталған не
Кез келген элементар бөлшектер қабылдай алатын жағдайлардың барлығы дискретті. Тұзақтағы электрон тек белгілі бір деңгейде болуы мүмкін. Атомның қозуы, сонымен қатар қарама-қарсы процесс – эмиссия да секірулерде болады. Кез келген электромагниттік әрекеттесу сәйкес энергияның кванттарының алмасуы болып табылады. Адамзат энергия деңгейлерінің дискреттілігін түсінудің арқасында ғана атом энергиясын тежеді. Енді оқырмандарда Планктың гипотезасы қандай және оның қазіргі әлемге, демек, әрбір адамға әсері қандай деген сұрақ туындамайды деп үміттенеміз.
