Сьогодні ми розповімо про сутність такого поняття, як «ультрафіолетова катастрофа»: чому з'явився цей парадокс і чи є шляхи її розв'язання.
До виникнення кванта в світі природної наукипанувала класична фізика. Звичайно, головною завжди вважалася математика. Однак алгебра і геометрія найчастіше використовуються як прикладні науки. Класична фізика досліджує те, як поводяться тіла при нагріванні, розширенні, ударах. Вона описує перетворення енергії з кінетичної у внутрішню, розповідає про такі поняття, як робота і потужність. Саме в цій області лежить відповідь на питання, як виникла ультрафіолетова катастрофа в фізиці.
В якийсь момент всі ці феномени були настількидобре вивчені, що здавалося, більше і відкривати щось нічого! Дійшло до того, що талановитої молоді радили йти в математики або біологи, так як прориви можливі тільки в цих областях науки. Але ультрафіолетова катастрофа і узгодження практики з теорією довели помилковість подібних уявлень.
Чи не була позбавлена класична фізика і парадоксів. Наприклад, теплове випромінювання - це кванти електромагнітного поля, які виникають в нагрітих тілах. Внутрішня енергія перетворюється в світло. Відповідно до класичної фізики, випромінювання нагрітого тіла являє собою суцільний спектр, і його максимум залежить від температури: чим менше показання градусника, тим «червоно» найбільш інтенсивне світло. Тепер ми безпосередньо підберемося до того, що називають ультрафіолетової катастрофою.
Приклад теплового випромінювання - це нагріті ірозплавлені метали. У фільмах про Термінатора часто з'являються промислові об'єкти. У самій зворушливою другій частині епопеї залізна машина занурюється у ванну булькаючого чавуну. І це озеро має червоний колір. Так ось, цей відтінок відповідає максимуму випромінювання чавуну з певною температурою. А значить, що така величина не найвища з усіх можливих, адже червоний фотон має найменшу довжину хвилі. Варто пам'ятати: рідкий метал випромінює енергію і в інфрачервоній, і у видимій, і в ультрафіолетовій області. Тільки ось фотонів, відмінних від червоних, дуже мало.
Щоб отримати спектральну щільність потужностівипромінювання нагрітого речовини, використовують наближення абсолютно чорного тіла. Термін страшно звучить, але насправді він дуже корисний у фізиці і не так уже й рідко зустрічається в реальності. Отже, абсолютно чорне тіло - об'єкт, який не "випускає» потрапили до нього фотони. При цьому його колір (спектр) залежить від температури. Грубим наближенням абсолютно чорного тіла буде куб, в одній стороні якого є отвір розміром менше десяти відсотків від площі всієї фігури. Приклад: вікна в квартирах звичайних багатоповерхових будинків. Тому вони здаються чорними.
Ця формула описує випромінювання абсолютно чорного тіла, спираючись тільки на доступні класичної фізики дані:
Якщо довжини хвиль великі, то значенняправдоподібні і добре узгоджуються з експериментом. Але як тільки ми переходимо межу видимого випромінювання і вступаємо в ультрафіолетову зону електромагнітного спектра, то енергії досягають неймовірних величин. Крім того, при інтегруванні формули по частоті від нуля до нескінченності виходить нескінченне значення! Цей факт розкриває, в чому сутність ультрафіолетової катастрофи: якщо якесь тіло нагріти досить добре, його енергії буде достатньо для знищення всесвіту.
Багато вчених намагалися обійти цей парадокс. Вивів науку з глухого кута прорив, майже інтуїтивний крок в невідомість. Допомогла подолати парадокс ультрафіолетової катастрофи гіпотеза Планка. Формула Планка для розподілу частот випромінювання абсолютно чорного тіла містила в собі поняття «квант». Сам вчений визначив його як дуже маленьке одиничне дію системи на навколишній світ. Зараз квант - це найменша неподільна порція деяких фізичних величин.
Кванти бувають різних видів:
Відкриття кванта призвело до дуже значнихнаслідків: було створено принципово новий розділ фізики. Квантова механіка, оптика, теорія поля викликали вибух наукових відкриттів. Видатні вчені виявляли або заново переписували закони. Факт квантування систем елементарних частинок допоміг пояснити, чому не може існувати демон Максвелла (насправді було запропоновано цілих три пояснення). Однак сам Макс Планк дуже довго не приймав фундаментальності свого відкриття. Він вважав, що квант - це зручний математичний спосіб висловити якусь думку, але не більше. Мало того, вчений сміявся над школою нових фізиків. Тому М. Планк придумав нерозв'язний, як йому здавалося, парадокс про кота Шредінгера. Бідний звір був і живий, і мертвий одночасно, що уявити собі неможливо. Але і таке завдання має цілком ясне пояснення в рамках квантової фізики, а сама відносно молода наука вже щосили крокує по планеті.
</ P>
