Akhir abad ke-19 - awal abad ke-20 ditandai dengan lahirnya konsep-konsep ilmiah baru yang secara radikal mengubah gambaran dunia yang biasa. Pada tahun 1887, fisikawan Amerika Edward Morley dan Albert Michelson ingin secara eksperimental mengkonfirmasi gagasan tradisional bahwa cahaya (yaitu, osilasi elektromagnetik) menjalar dalam zat khusus - eter, seperti gelombang suara bergerak melalui ruang angkasa melalui udara.
Tanpa mengasumsikan bahwa pengalaman mereka akan menunjukkan hasil yang sepenuhnya berlawanan, para ilmuwan mengarahkan berkas cahaya ke pelat tembus cahaya yang terletak pada sudut 45 ° ke sumber cahaya. Balok tersebut bercabang dua, sebagian melewati pelat, dan sebagian lagi dipantulkan dari itu pada sudut kanan ke sumber. Menyebar dengan frekuensi yang sama, kedua balok dipantulkan dari cermin tegak lurus dan dikembalikan ke pelat. Satu dipantulkan darinya, yang lain melewati, dan ketika satu pancaran dilapiskan pada sinar lainnya, pinggiran interferensi muncul di layar. Jika cahaya bergerak dalam suatu zat, yang disebut angin halus harus mengubah pola interferensi, tetapi tidak ada yang berubah selama enam bulan pengamatan. Jadi Michelson dan Morley menyadari bahwa eter tidak ada, dan cahaya dapat menyebar bahkan dalam ruang hampa - kehampaan mutlak. Ini mendiskreditkan posisi dasar mekanika Newtonian klasik tentang keberadaan ruang absolut - kerangka acuan fundamental, relatif terhadap tempat diamnya eter.
"Batu" lain ke arah fisika klasik adalah persamaan ilmuwan Skotlandia James Maxwell, yang menunjukkan bahwa cahaya bergerak dengan kecepatan terbatas, yang tidak bergantung pada sistem "pengamat sumber". Penemuan ini berfungsi sebagai pendorong pembentukan dua teori yang sepenuhnya inovatif: kuantum dan teori relativitas.
Pada tahun 1896 fisikawan Jerman Max Planck (1858-1947) mulai mempelajari sinar panas - khususnya, ketergantungannya pada tekstur dan warna objek yang memancarkannya. Ketertarikan Planck pada topik ini muncul sehubungan dengan eksperimen pemikiran rekan senegaranya Gustav Kirchhoff, yang dilakukan pada tahun 1859. Kirchhoff menciptakan model benda yang benar-benar hitam, yang merupakan wadah buram ideal yang menyerap semua sinar yang jatuh di atasnya dan tidak membiarkannya keluar, “memaksa »Berulang kali terpental dari dinding dan kehilangan energi. Tetapi jika benda ini dipanaskan, ia akan mulai memancarkan radiasi, dan semakin tinggi suhu pemanasan, semakin pendek panjang gelombang sinarnya, yang berarti sinar akan berpindah dari spektrum tak terlihat ke spektrum tampak. Tubuh pertama-tama akan berubah menjadi merah dan kemudian menjadi putih, karena radiasinya akan menggabungkan seluruh spektrum. Radiasi yang dipancarkan dan diserap akan mencapai kesetimbangan, yaitu, parameternya akan menjadi sama dan tidak bergantung pada zat dari mana tubuh dibuat - energi akan diserap dan dilepaskan dalam jumlah yang sama. Satu-satunya faktor yang dapat mempengaruhi spektrum radiasi adalah suhu tubuh.
Setelah mempelajari temuan Kirchhoff, banyak ilmuwan mulai mengukur suhu benda hitam dan panjang gelombang yang sesuai dari sinar yang dipancarkan. Tentu saja, mereka melakukannya dengan menggunakan metode fisika klasik - dan … mereka menemui jalan buntu, mendapatkan hasil yang sama sekali tidak berarti. Dengan peningkatan suhu tubuh dan, karenanya, penurunan panjang gelombang radiasi ke spektrum ultraviolet, intensitas osilasi gelombang (kepadatan energi) meningkat hingga tak terbatas. Sedangkan percobaan menunjukkan sebaliknya. Memang, apakah lampu pijar bersinar lebih terang dari pada tabung sinar-X? Dan mungkinkah memanaskan kubus hitam sehingga menjadi radioaktif?
Untuk menghilangkan paradoks ini, yang disebut bencana ultraviolet, Planck pada tahun 1900 menemukan penjelasan asli tentang bagaimana energi radiasi benda hitam berperilaku. Ilmuwan menyarankan bahwa atom, yang bergetar, melepaskan energi dalam bagian yang tertutup rapat - kuanta, dan semakin pendek gelombang dan semakin tinggi frekuensi getaran, semakin besar kuantum, dan sebaliknya. Untuk mendeskripsikan kuantum, Planck menurunkan rumus yang dengannya jumlah energi dapat ditentukan oleh hasil kali frekuensi gelombang dan kuantum aksi (konstanta sama dengan 6,62 × 10-34 J / s).
Pada bulan Desember, ilmuwan tersebut mempresentasikan teorinya kepada anggota Masyarakat Fisik Jerman, dan peristiwa ini menandai awal dari fisika dan mekanika kuantum. Namun, karena kurangnya konfirmasi oleh eksperimen nyata, penemuan Planck jauh dari ketertarikan. Dan ilmuwan itu sendiri pada awalnya menyajikan kuanta bukan sebagai partikel material, tetapi sebagai abstraksi matematis. Hanya lima tahun kemudian, ketika Einstein menemukan pembenaran untuk efek fotolistrik (melumpuhkan elektron dari zat di bawah pengaruh cahaya), menjelaskan fenomena ini dengan "dosis" energi yang dipancarkan, rumus Planck menemukan penerapannya. Kemudian menjadi jelas bagi semua orang bahwa ini bukanlah spekulasi kosong, tetapi gambaran dari fenomena nyata di tingkat mikro.
Ngomong-ngomong, penulis teori relativitas itu sendiri sangat menghargai karya rekannya. Menurut Einstein, manfaat Planck terletak pada pembuktian bahwa tidak hanya materi terdiri dari partikel, tetapi juga energi. Selain itu, Planck menemukan kuantum aksi - konstanta yang menghubungkan frekuensi radiasi dengan besarnya energinya, dan penemuan ini menjungkirbalikkan fisika, memulai perkembangannya ke arah yang berbeda. Einstein memprediksikan bahwa berkat teori Planck dimungkinkan untuk membuat model atom dan memahami bagaimana energi berperilaku ketika atom dan molekul meluruh. Menurut fisikawan hebat itu, Planck menghancurkan dasar-dasar mekanika Newton dan menunjukkan cara baru dalam memahami tatanan dunia.
Video promosi:
Sekarang konstanta Planck digunakan di semua persamaan dan rumus mekanika kuantum, memisahkan makrokosmos, hidup menurut hukum Newton, dan mikrokosmos, tempat hukum kuantum bekerja. Misalnya, koefisien ini menentukan skala di mana prinsip ketidakpastian Heisenberg beroperasi - yaitu, ketidakmampuan untuk memprediksi sifat dan perilaku partikel elementer. Memang, di dunia kuantum, semua objek memiliki sifat ganda, muncul di dua tempat pada waktu yang sama, memanifestasikan dirinya sebagai partikel di satu titik dan sebagai gelombang di titik lain, dll.
Jadi, setelah menemukan kuanta, Max Planck mendirikan fisika kuantum, yang mampu menjelaskan fenomena pada tingkat atom dan molekuler, yang berada di luar kekuatan fisika klasik. Teorinya menjadi dasar untuk pengembangan lebih lanjut bidang ilmiah ini.
