Final do século 19 - início do século 20 foram marcados pelo nascimento de novos conceitos científicos que mudaram radicalmente a imagem usual do mundo. Em 1887, os físicos americanos Edward Morley e Albert Michelson queriam confirmar experimentalmente as idéias tradicionais de que a luz (isto é, oscilações eletromagnéticas) se propaga em uma substância especial - o éter, assim como as ondas sonoras viajam pelo espaço através do ar.
Sem nem mesmo assumir que sua experiência mostraria o resultado completamente oposto, os cientistas direcionaram um feixe de luz para uma placa translúcida localizada em um ângulo de 45 ° em relação à fonte de luz. O feixe bifurcou-se, passando parcialmente pela placa e sendo parcialmente refletido dela em ângulos retos para a fonte. Propagando com a mesma frequência, os dois feixes foram refletidos dos espelhos perpendiculares e retornados à placa. Um refletido a partir dele, o outro passou, e quando um feixe foi sobreposto a outro, franjas de interferência apareceram na tela. Se a luz se movesse em alguma substância, o chamado vento etéreo teria que mudar o padrão de interferência, mas nada mudou em seis meses de observações. Assim, Michelson e Morley perceberam que o éter não existe e a luz pode se espalhar até mesmo no vácuo - o vazio absoluto. Isso desacreditou a posição básica da mecânica newtoniana clássica sobre a existência do espaço absoluto - o quadro de referência fundamental, em relação ao qual o éter está em repouso.
Outra "pedra" na direção da física clássica foram as equações do cientista escocês James Maxwell, que mostraram que a luz se move com uma velocidade limitada, que não depende do sistema "fonte-observador". Essas descobertas serviram de impulso para a formação de duas teorias totalmente inovadoras: a quântica e a teoria da relatividade.
Em 1896, o físico alemão Max Planck (1858-1947) começou a estudar os raios de calor - em particular, sua dependência da textura e cor do objeto emissor. O interesse de Planck pelo tema surgiu em conexão com a experiência de pensamento de seu compatriota Gustav Kirchhoff, realizada em 1859. Kirchhoff criou um modelo de corpo absolutamente negro, que é um recipiente opaco ideal que absorve todos os raios que caem sobre ele e não os deixa sair, “forçando »Salte repetidamente nas paredes e perca energia. Mas se esse corpo for aquecido, ele começará a emitir radiação e, quanto maior a temperatura de aquecimento, menores serão os comprimentos de onda dos raios, o que significa que os raios passarão do espectro invisível para o visível. O corpo primeiro ficará vermelho e depois branco, porque sua radiação combinará todo o espectro. A radiação emitida e absorvida chegará ao equilíbrio, ou seja, seus parâmetros se tornarão os mesmos e independentes da substância da qual o corpo é feito - a energia será absorvida e liberada em quantidades iguais. O único fator que pode afetar o espectro de radiação é a temperatura corporal.
Depois de aprender sobre as descobertas de Kirchhoff, muitos cientistas começaram a medir a temperatura de um corpo negro e os comprimentos de onda correspondentes dos raios emitidos. Claro, eles fizeram isso usando os métodos da física clássica - e … eles chegaram a um beco sem saída, obtendo resultados completamente sem sentido. Com o aumento da temperatura corporal e, consequentemente, a diminuição do comprimento de onda da radiação para o espectro ultravioleta, a intensidade das oscilações das ondas (densidade de energia) aumentou até o infinito. Enquanto isso, os experimentos mostraram o oposto. Na verdade, uma lâmpada incandescente brilha mais forte do que um tubo de raios-X? E é possível aquecer um cubo preto para que se torne radioativo?
Para eliminar esse paradoxo, chamado de catástrofe ultravioleta, Planck em 1900 encontrou uma explicação original para como a energia de radiação de um corpo negro se comporta. O cientista sugeriu que os átomos, vibrando, liberam energia em porções estritamente dosadas - quanta, e quanto mais curta a onda e mais alta a frequência de vibração, maior o quantum e vice-versa. Para descrever o quantum, Planck derivou uma fórmula segundo a qual a quantidade de energia pode ser determinada pelo produto da frequência da onda e o quantum de ação (constante igual a 6,62 × 10-34 J / s).
Em dezembro, o cientista apresentou sua teoria aos membros da Sociedade Física Alemã, e esse evento marcou o início da física e da mecânica quântica. No entanto, devido à falta de confirmação por experimentos reais, a descoberta de Planck despertou interesse longe de ser imediato. E o próprio cientista a princípio apresentou os quanta não como partículas materiais, mas como uma abstração matemática. Apenas cinco anos depois, quando Einstein encontrou uma justificativa para o efeito fotoelétrico (arrancar elétrons de uma substância sob a ação da luz), explicando esse fenômeno pela "dosagem" da energia emitida, a fórmula de Planck encontrou sua aplicação. Então, ficou claro para todos que essas não eram especulações vazias, mas a descrição de um fenômeno real no nível micro.
A propósito, o próprio autor da teoria da relatividade apreciou muito o trabalho de seu colega. Segundo Einstein, o mérito de Planck está em provar que não só a matéria é composta por partículas, mas também energia. Além disso, Planck encontrou um quantum de ação - uma constante ligando a frequência da radiação com a magnitude de sua energia, e essa descoberta virou a física de cabeça para baixo, iniciando seu desenvolvimento em uma direção diferente. Einstein previu que seria graças à teoria de Planck que seria possível criar um modelo do átomo e entender como a energia se comporta quando átomos e moléculas decaem. Segundo o grande físico, Planck destruiu os fundamentos da mecânica newtoniana e mostrou uma nova maneira de entender a ordem mundial.
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Já a constante de Planck é usada em todas as equações e fórmulas da mecânica quântica, dividindo o macrocosmo, vivendo de acordo com as leis de Newton, e o microcosmo, onde funcionam as leis quânticas. Por exemplo, esse coeficiente determina a escala em que o princípio da incerteza de Heisenberg opera - ou seja, a incapacidade de prever as propriedades e o comportamento das partículas elementares. Na verdade, no mundo quântico, todos os objetos têm uma natureza dual, surgindo em dois lugares ao mesmo tempo, manifestando-se como uma partícula em um ponto e como uma onda em outro, etc.
Assim, tendo descoberto os quanta, Max Planck fundou a física quântica, capaz de explicar fenômenos nos níveis atômico e molecular, o que está além do poder da física clássica. Sua teoria se tornou a base para o desenvolvimento deste campo científico.
