• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Max Planck

    18.09.2009. 21:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    W grudniu 1900 r. niemiecki fizyk Max Planck zaskoczył świat nauki śmiałą hipotezą, że energia promieniowania (to znaczy energia fal świetlnych) nie jest emitowana w sposób ciągły, lecz w postaci małych porcji czy "paczek", które nazwał kwantami. Hipoteza Plancka, sprzeczna z klasycznymi teoriami światła i elektromagnetyzmu, stanowiła punkt wyjścia dla teorii kwantowych, które później zrewolucjonizowały fizykę, i pozwoliła lepiej zrozumieć naturę materii oraz promieniowania.

    Planck urodził się w 1858 r. w Kolonii w Niemczech. Studiował na uniwersytetach w Berlinie i w Monachium; w wieku dwudziestu jeden lat otrzymał stopień doktorski z fizyki (summa cum laude) na monachijskim uniwersytecie. Przez pewien czas wykładał na uniwersytecie w Monachium, a następnie w K-ilonii. W 1889 r. został profesorem uniwersytetu w Berlinie i pracował tam aż do 1928 r., to jest do przejścia na emeryturę w wieku siedemdziesięciu lat. Planck, podobnie jak paru innych uczonych, interesował się promieniowaniem elektromagnetycznym emitowanym przez podgrzane ciało doskonale czarne. (Ciało doskonale czarne to ciało, które nie odbija, lecz całkowicie pochłania padające na nie światło). Już wcześniej, nim Planck rozpoczął badania nad tym zagadnieniem, fizycy eksperymentalni przeprowadzili dokładne pomiary promieniowania wysyłanego przez takie ciała. Pierwszym osiągnięciem Plancka było odkrycie stosunkowo skomplikowanego wzoru algebraicznego, który dokładnie opisywał promieniowanie ciała doskonale czarnego. Wzór ten, obecnie często stosowany w fizyce teoretycznej, elegancko opisywał wszystkie uzyskane dane eksperymentalne, ale sprawiał jeden kłopot - różnił się całkowicie od wzoru wynikającego z obowiązujących praw fizyki.

    Planck długo rozmyślał nad tym problemem i w końcu wystąpił z całkowicie nową teorią: energia promieniowania emitowana jest porcjami, stanowiącymi dokładną wielokrotność podstawowej jednostki, którą Planck nazwał kwantem promieniowania. Według teorii Plancka wielkość kwantu światła zależy od częstotliwości światła (tj. od jego barwy) oraz od stałej fizycznej, którą Planck oznaczył jako h. Stała h zwana jest obecnie stałą Plancka. Hipoteza Plancka była całkowicie sprzeczna z ówczesnymi poglądami na naturę promieniowania, jednakże pozwoliła Planckowi na wyprowadzenie dokładnego, poprawnego wzoru opisującego promieniowanie ciała doskonale czarnego. Hipoteza ta była tak rewolucyjna, że byłaby niewątpliwie odrzucona jako wariacki pomysł, gdyby Planck nie był dobrze znany jako solidny, konserwatywny fizyk. Choć jego hipoteza była bardzo dziwna, w tym konkretnym przypadku prowadziła do poprawnego wzoru.

    Początkowo większość fizyków (z samym Planckiem włącznie) uważała tę hipotezę jedynie za wygodną fikcję matematyczną. Po paru latach okazało się jednak, że pojęcie kwantu można stosować w różnych zjawiskach fizycznych, nie tylko w odniesieniu do promieniowania ciała doskonale czarnego. W 1905 r. Einstein wykorzystał tę koncepcję do wyjaśnienia efektu fotoelektrycznego, a w 1913 r. Niels Bohr zastosował ją w teorii budowy atomu. W 1918 r., w którym Planck otrzymał Nagrodę Nobla, było już oczywiste, że hipoteza jest słuszna i ma fundamentalne znaczenie w fizyce.

    Planck był zdecydowanym antyfaszystą, co sprawiło, że po dojściu Hitlera do władzy znalazł się w trudnej sytuacji. W 1945 r. jego młodszy syn został stracony za udział w nieudanym zamachu na życie Hitlera, dokonanym przez grupę niemieckich oficerów. Planck zmarł w 1947 r., w wieku osiemdziesięciu dziewięciu lat. Rozwój mechaniki kwantowej jest prawdopodobnie największym osiągnięciem naukowym XX w., ważniejszym nawet od teorii względności Einsteina. Stała Plancka h pełni bardzo ważną rolę w fizyce i uznawana jest obecnie za jedną z dwóch lub trzech najbardziej podstawowych stałych fizycznych. Pojawia Się w teorii budowy atomu, w zasadzie nieoznaczoności Heisenberga, w teorii promieniowania i w wielu wzorach fizycznych. Dokonana przez Plancka ocena jej wielkości liczbowej różni się w przybliżeniu o 2% od wielkości przyjmowanej obecnie.

    Plancka uważa się powszechnie za ojca mechaniki kwantowej. Mimo że nie odegrał większej roli w późniejszym jej rozwoju, umieszczenie go zbyt nisko na liście byłoby z pewnością poważnym błędem. Dokonane przez niego odkrycie okazało się niezwykle ważne, czyniąc wyłom w obowiązujących do owego czasu błędnych pojęciach, dzięki czemu jego następcy mogli zbudować znacznie doskonalszą teorię, która obowiązuje po dziś dzień.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Jednostki Plancka to zestaw jednostek miary wykorzystywanych w fizyce zaproponowany przez Maxa Plancka. Tworzą one system jednostek naturalnych, ponieważ są zdefiniowane wyłącznie jak kombinacje stałych fizycznych. W systemie jednostek Plancka pięć fundamentalnych stałych fizycznych jest równe jedności. Prawo Plancka – prawo opisujące emisję promieniowania elektromagnetycznego przez ciało doskonale czarne będące w równowadze termodynamicznej znajdujące się w danej temperaturze. Fale grawitacyjne w ogólnej teorii względności – przemieszczająca się z prędkością światła zmarszczka w czasoprzestrzeni. W mechanice nierelatywistycznej fala ta objawia się jako rozchodzące się drgania pola grawitacyjnego. Źródłem fal grawitacyjnych jest ciało poruszające się z przyspieszeniem. Do uzyskania obserwowalnych efektów ciało musi mieć bardzo duże przyspieszenie i ogromną masę. Obiekt emitujący fale traci energię, która unoszona jest w postaci promieniowania. Kwantem promieniowania grawitacyjnego jest grawiton, hipotetyczna cząstka.

    Towarzystwo Maxa Plancka (właściwie Towarzystwo Wspierania Nauki im. Maxa Plancka z niem. Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften) (MPG) to niezależna niemiecka instytucja naukowo-badawcza o charakterze non-profit, finansowana z budżetu federalnego. Instytut Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki Maxa Plancka (ang. Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics, niem. Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik) (MPI-CBG) – instytut naukowo-badawczy w dziedzinie biologii molekularnej, biochemii, genetyki oraz biologii komórki oraz rozwoju należący do Towarzystwa Maxa Plancka, zlokalizowany w Dreźnie w Niemczech.

    Zasada antropiczna – koncepcja filozoficzna odnosząca się do kosmologii, zgodnie z którą fundamentalne stałe fizyczne (stała Plancka, prędkość światła, stała grawitacji itp.) mają dokładnie takie wartości, aby umożliwić powstanie życia, a w szczególności umożliwić pojawienie się istoty myślącej, człowieka na Ziemi. Zasada ta jest próbą odpowiedzi na pytanie, dlaczego prawa fizyki są takie, jakie są. Sugeruje ona odpowiedź, że gdyby prawa fizyki były inne, nikt nie mógłby ich poznać, ponieważ pojawienie się inteligentnego obserwatora nie byłoby możliwe. Zwolennicy zasady antropicznej przedstawiają dowody, że minimalne zmiany stałych fizycznych, np. stałej Plancka uniemożliwiłyby istnienie wszechświata w obecnej formie. Promieniowanie nietermiczne to promieniowanie elektromagnetyczne, emitowane przez ciało nie będące w stanie równowagi termodynamicznej z promieniowaniem. W przeciwieństwie do promieniowania termicznego, promieniowanie to nie ma rozkładu Plancka, co więcej, często w ogóle nie ma rozkładu ciągłego. Równowaga termodynamiczna pomiędzy promieniowaniem a materią ustala się dzięki wymianie energii pomiędzy nimi w procesach emisji i absorpcji fotonów. Wyraźna nierównowaga pomiędzy procesem emisji i absorpcji prowadzi do nietermicznego charakteru wysyłanego promieniowania.

    Ciało doskonale czarne – pojęcie stosowane w fizyce dla określenia ciała pochłaniającego całkowicie padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania i widma padającego promieniowania. Współczynnik pochłaniania dla takiego ciała jest równy jedności dla dowolnej długości fali. Heinrich Rubens (ur. 30 marca 1865 w Wiesbaden, zm. 17 lipca 1922 w Berlinie) – niemiecki fizyk; swoimi danymi pomiarowymi zainspirował Maxa Plancka do sformułowania nowej teorii promieniowania ciała doskonale czarnego a za tym podstaw mechaniki kwantowej. Eponim dla rury Rubensa.

    Prawo Wiena – prawo opisujące promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez ciało doskonale czarne. Ze wzrostem temperatury widmo promieniowania ciała doskonale czarnego przesuwa się w stronę fal krótszych, zgodnie ze wzorem:

    Dodano: 18.09.2009. 21:11  


    Najnowsze