Bugün "ultraviyole felaketi" gibi bir kavramın özü hakkında konuşacağız: bu paradoksun neden ortaya çıktığı ve bunu çözmenin yolları olup olmadığı.
Klasik fizik
Kuantumun ortaya çıkmasından önce, doğa bilimleri dünyasına klasik fizik hakimdi. Tabii ki, matematik her zaman ana olarak kabul edildi. Bununla birlikte, cebir ve geometri en çok uygulamalı bilimler olarak kullanılır. Klasik fizik, cisimlerin ısıtıldığında, genişlediğinde ve vurulduğunda nasıl davrandığını araştırır. Enerjinin kinetikten içe dönüşümünü anlatır, iş ve güç gibi kavramlardan bahseder. Fizikteki ultraviyole felaketinin nasıl ortaya çıktığı sorusunun cevabı bu alandadır.
Bir noktada, tüm bu fenomenler o kadar iyi incelendi ki keşfedilecek başka bir şey yokmuş gibi görünüyordu! Yetenekli gençlerin matematikçilere veya biyologlara gitmelerinin tavsiye edildiği noktaya geldi, çünkü sadece bu bilim alanlarında atılımlar mümkün. Ancak ultraviyole felaketi ve pratiğin teoriyle uyumlu hale getirilmesi bu tür fikirlerin yanlış olduğunu kanıtladı.
Isı radyasyonu
Klasik fizik ve paradokslardan mahrum kalınmadı. Örneğin, termal radyasyon, ısıtılmış cisimlerde ortaya çıkan elektromanyetik alanın kuantumudur. İç enerji ışığa dönüşür. Klasik fiziğe göre, ısıtılmış bir cismin radyasyonu sürekli bir spektrumdur ve maksimumu sıcaklığa bağlıdır: termometre okuması ne kadar düşükse, en yoğun ışık o kadar "kırmızı" olur. Şimdi ultraviyole felaketi denilen şeye doğrudan yaklaşacağız.
Terminatör ve termal radyasyon
Termal radyasyona bir örnek, ısıtılmış ve erimiş metallerdir. Terminatör filmler genellikle endüstriyel tesislere sahiptir. Destanın en dokunaklı ikinci bölümünde, demir makine, çağlayan bir dökme demir banyosuna dalar. Ve bu göl kırmızı. Dolayısıyla, bu gölge, belirli bir sıcaklıkta dökme demirin maksimum radyasyonuna karşılık gelir. Bu, kırmızı fotonun en küçük dalga boyuna sahip olması nedeniyle, böyle bir değerin mümkün olan en yüksek değer olmadığı anlamına gelir. Hatırlamaya değer: sıvı metal, kızılötesi, görünür ve morötesi bölgede enerji yayar. Sadece kırmızı dışında çok az foton var.
Mükemmel siyah gövde
Isıtılmış bir maddenin radyasyonunun spektral güç yoğunluğunu elde etmek için siyah cisim yaklaşımı kullanılır. Terim kulağa korkutucu geliyor, ancak aslında fizikte çok kullanışlı ve gerçekte çok nadir değil. Yani tamamen siyah bir cisim, üzerine düşen nesneleri “serbest bırakmayan” bir nesnedir.fotonlar. Ayrıca rengi (spektrum) sıcaklığa bağlıdır. Tamamen siyah bir cismin kaba bir yaklaşımı, bir tarafında tüm şeklin alanının yüzde onundan daha az bir delik bulunan bir küp olacaktır. Örnek: sıradan yüksek binaların dairelerindeki pencereler. Bu yüzden siyah görünürler.
Rayleigh-Kotlar
Bu formül, yalnızca klasik fizikte mevcut olan verilere dayanarak siyah bir cismin radyasyonunu tanımlar:
-
u(ω, T)=kTω2/π2c3, nerede
u sadece enerji parlaklığının spektral yoğunluğudur, ω radyasyon frekansıdır, kT titreşim enerjisidir.
Dalga boyları büyükse, değerler mantıklıdır ve deneyle iyi bir uyum içindedir. Ancak görünür radyasyon çizgisini geçip elektromanyetik spektrumun ultraviyole bölgesine girer girmez, enerjiler inanılmaz değerlere ulaşır. Ayrıca formül üzerinden frekans üzerinden sıfırdan sonsuza integre edildiğinde sonsuz bir değer elde edilir! Bu gerçek, ultraviyole felaketinin özünü ortaya koymaktadır: Eğer bir vücut yeterince iyi ısıtılırsa, enerjisi evreni yok etmeye yetecektir.
Planck ve kuantumu
Birçok bilim insanı bu paradoksu aşmaya çalıştı. Bir atılım, bilimi çıkmazdan çıkardı, bilinmeyene neredeyse sezgisel bir adım. Planck'ın hipotezi, ultraviyole felaketinin paradoksunun üstesinden gelinmesine yardımcı oldu. Kara cisim radyasyonunun frekans dağılımı için Planck'ın formülü şu kavramı içeriyordu:"kuantum". Bilim adamının kendisi, sistemin çevredeki dünya üzerindeki çok küçük tek bir eylemi olarak tanımladı. Şimdi bir kuantum, bazı fiziksel niceliklerin bölünemeyen en küçük parçasıdır.
Quantas birçok biçimde gelir:
- elektromanyetik alan (gökkuşağı dahil foton);
- vektör alanı (gluon güçlü etkileşimin varlığını belirler);
- yerçekimi alanı (yerçekimi hala tamamen varsayımsal bir parçacıktır, hesaplamalarda vardır, ancak henüz deneysel olarak bulunmamıştır);
- Higgs alanları (Higgs bozonu çok uzun zaman önce Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda deneysel olarak keşfedildi ve bilimden çok uzak insanlar bile onun keşfine sevindi);
- katı bir cismin (fonon) kafesindeki atomların eşzamanlı hareketi.
Schrödinger'in kedisi ve Maxwell'in iblisi
Kuantumun keşfi çok önemli sonuçlara yol açtı: Temelde yeni bir fizik dalı yaratıldı. Kuantum mekaniği, optik, alan teorisi, bilimsel keşiflerin patlamasına neden oldu. Ünlü bilim adamları yasaları keşfetti veya yeniden yazdı. Temel parçacık sistemlerinin nicelleştirilmesi gerçeği, Maxwell şeytanının neden var olamayacağını açıklamaya yardımcı oldu (aslında, üç açıklama önerildi). Bununla birlikte, Max Planck, keşfinin temel doğasını çok uzun bir süre kabul etmedi. Bir kuantumun belirli bir düşünceyi ifade etmenin uygun bir matematiksel yolu olduğuna inanıyordu, ama artık değil. Dahası, bilim adamı yeni fizikçilerin okuluna güldü. Bu nedenle, M. Planck, kendisine göründüğü gibi, çözülemez bir paradoks buldu. Schrödinger'in kedisi hakkında. Zavallı canavar aynı anda hem canlıydı hem de ölüydü, bunu hayal etmek imkansızdı. Ancak böyle bir görevin bile kuantum fiziği çerçevesinde oldukça net bir açıklaması vardır ve nispeten genç bilimin kendisi şimdiden tüm gücüyle gezegeni boydan boya katetmektedir.
