Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/1998/04/23.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:24:41 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:11:27 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: m 5

И И З ИЗС И СО О РИ И Н НУА У К И Т Т Р И И А КИ

23

Макс Планк основатель квантовой физики
А.ВАСИЛЬЕВ

Ж

УРНАЛ, который вы сейчас держите в руках, обязан своим названием немецкому физику Максу Планку (18581947). Понятие 'квант' он ввел в 1900 году, определив тем самым XX век как век квантовой физики. Квантовая теория возникла в связи с непреодолимыми трудностями, которые испытывала классическая теория при попытке объяснить экспериментально полученные закономерности теплового излучения твердого тела. Краткая история этого величайшего открытия в истории естествознания такова. Еще в середине XIX века Г.Кирхгоф (18241887) установил один из основных законов теплового излучения, носящий теперь его имя. Согласно этому закону, отношение излучательной способности какого-то тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и является одинаковой для всех тел функцией частоты и температуры Т, равной излучательной способности 0 абсолютно черного тела:
, T = 0 , T . , T

Макс Планк
цман (18441906) в 1884 году на основании теории заключил, что полная объемная плотность излучения (т.е. излучения всех частот) черного тела u пропорциональна четвертой степени температуры Т: u = T 4 . Поскольку этот закон обосновывает и уточняет результат, полученный экспериментально еще в 1879 году Й.Стефаном (18351893), он носит имя СтефанаБольцмана; так же называется и постоянная = , = 567 10-8 Вт м2 К 4 . Хотя этот закон и определяет полную энергию спектра, вопрос о распределении энергии в спектре излучения (по частотам) он не рассматривает. Первый ответ на этот вопрос дал В.Вин (18641928), который в 1893 году установил, что максимум излучения в спектре абсолютно черного тела с увеличением температуры смещается в сторону бульших частот. В 1896 году Вин из классических соображений получил закон распределения энергии в спектре в явном виде. Оказалось, однако, что этот закон достаточно хорошо описывает излучение черного тела лишь на высоких частотах и расходится с экспериментом на низких. Попытку преодолеть это расхождение независимо друг от друга предприняли в 1900 году Д.Рэлей (Стретт) (18421919) и в 1905 году Д.Джинс (18771946). Исходя из классических

bg bg

bg

Абсолютно черное тело, по определению, это тело, которое поглощает все падающее на него излучение и ничего не отражает. Таких тел в природе не существует, однако хорошим приближением является замкнутая непрозрачная полость с небольшим отверстием. Поскольку вероятность того, что попавшее в отверстие излучение в результате многочисленных отражений выйдет наружу, очень мала, оно практически полностью поглощается. Излучение, возникшее в полости и выходящее из отверстия, считается эквивалентным излучению, испускаемому площадкой размером с отверстие на поверхности черного тела. Следующим этапом в исследовании теплового излучения было открытие закона СтефанаБольцмана. Л.БольО М.Планке см. также 4-ю страницу обложки. (Прим. ред.)

e

j

представлений о равномерном распределении энергии по степеням свободы, они получили формулу распределения энергия излучения в спектре в зависимости от температуры. Эта формула, однако, хорошо согласовывалась с экспериментом лишь на низких частотах. С ростом частоты энергия излучения, согласно формуле РэлеяДжинса, должна была бы неограниченно расти, достигая огромных значений в ультрафиолетовой области, что противоречило опыту. Этот явно парадоксальный вывод теории даже получил специальное название: 'ультрафиолетовая катастрофа'. Такой воистину катастрофической была ситуация, когда Планк занялся теорией излучения. Первоначально он опирался на законы Кирхгофа и Вина, пытаясь связать теорию теплоты с электромагнитной теорией Максвелла, но вскоре осознал, что на основе классической теории объяснить тепловое излучение абсолютно черного тела невозможно. К своему открытию Планк пришел не сразу. Первый шаг был сделан 19 октября 1900 года. Когда на заседании Немецкого физического общества в Берлине экспериментаторы Ф.Курлбаум и Г.Рубенс докладывали результаты своих исследований по тепловому излучению, явно противоречившие формуле Вина, Планк (узнавший об этих результатах за несколько дней до заседания) в порядке дискуссии предложил эмпирическую формулу распределения энергии в спектре излучения, которая устраняла имеющиеся несоответствия. Экспериментаторы тщательно сверили новую формулу с данными своих измерений и получили разительное совпадение. Несмотря на несомненный успех, сам Планк рассматривал предложенную им формулу лишь как некоторое промежуточное выражение и задался целью дать формуле теоретическое обоснование, 'отыскать ее подлинный физический смысл'. В этом состоял его второй шаг. Почти два месяца Планк пытался получить угаданную им формулу, оставаясь на позициях классической физи-