Šajā rakstā ir izskaidrots, kas ir Planka hipotēze, kas to radīja un cik nozīmīga tā ir kļuvusi mūsdienu zinātnes attīstībai. Tiek parādīta arī kvantēšanas idejas nozīme visai mikropasaulei.
Viedtālrunis un kvantu fizika
Mūsdienu pasaule mums apkārt tehnoloģiju ziņā ļoti atšķiras no visa, kas bija pazīstams pirms simts gadiem. Tas viss kļuva iespējams tikai tāpēc, ka divdesmitā gadsimta rītausmā zinātnieki pārvarēja barjeru un beidzot saprata, ka matērija vismazākajā mērogā nav nepārtraukta. Un šo laikmetu ar savu pieņēmumu atklāja brīnišķīgs cilvēks - Makss Planks.
Planka biogrāfija
Viņa vārdā nosaukta viena no fiziskajām konstantēm, kvantu vienādojums, Vācijas zinātnieku kopiena, asteroīds, krāteris uz Mēness, kosmiskais teleskops. Viņa attēls tika iespiests uz monētām un uzdrukāts uz pastmarkām un banknotēm. Kāds bija Makss Planks? Viņš dzimis deviņpadsmitā gadsimta vidū vācu dižciltīgā ģimenē ar pieticīgiem līdzekļiem. Viņa senču vidū bija daudzi labi juristi un baznīcas kalpotāji. M. Planks ieguva labu izglītību, bet kolēģi fiziķi viņu jokojot sauca par "autodidaktu". Zinātnieks savas pamatzināšanas ieguva nogrāmatas.
Planka hipotēze radās, pamatojoties uz pieņēmumu, ko viņš izvirzīja teorētiski. Savā zinātniskajā karjerā viņš pieturējās pie principa "zinātne ir pirmajā vietā". Pirmā pasaules kara laikā Planks centās uzturēt sakarus ar ārvalstu kolēģiem no valstīm, kas iestājās pret Vāciju. Nacistu ierašanās viņu atrada lielas zinātniskās kopienas direktora amatā - un zinātnieks centās aizsargāt savus darbiniekus, palīdzēja tiem, kas aizbēga no režīma, doties uz ārzemēm. Tātad Planka hipotēze nebija vienīgā lieta, par ko viņš tika cienīts. Taču viņš nekad atklāti nerunāja pret Hitleru, acīmredzot saprotot, ka viņš ne tikai kaitēs sev, bet arī nespēs palīdzēt tiem, kam tas ir vajadzīgs. Diemžēl daudzi fiziķi nepieņēma šo M. Planka nostāju un pārtrauca ar viņu sarakstīties. Viņam bija pieci bērni, un tikai jaunākais izdzīvoja no tēva. Vecāko dēlu paņēma Pirmais, vidējo - Otrais pasaules karš. Abas meitas dzemdībās nepārdzīvoja. Tajā pašā laikā laikabiedri atzīmēja, ka tikai mājās Planks bija viņš pats.
Kvantu avoti
No skolas laikiem zinātnieku interesēja otrais termodinamikas likums. Tajā teikts: jebkurš process notiek tikai ar haosa palielināšanos un enerģijas vai masas zudumu. Viņš bija pirmais, kurš to formulēja šādā veidā, runājot par entropiju, kas termodinamiskā sistēmā var tikai palielināties. Vēlāk tieši šis darbs noveda pie Planka slavenā minējuma formulējuma. Viņš bija arī viens no tiem, kas ieviesa matemātikas un fizikas atdalīšanas tradīciju, praktiski izveidojot pēdējās teorētisko sadaļu. Pirms viņavisas dabaszinātnes bija jauktas, un eksperimentus veica indivīdi laboratorijās, kas gandrīz neatšķīrās no alķīmiskajām.
Kvantu hipotēze
Izpētot elektromagnētisko viļņu entropiju oscilatoru izteiksmē un paļaujoties uz eksperimentāliem datiem, kas iegūti divas dienas iepriekš, 1900. gada 19. oktobrī, Planks citiem zinātniekiem iepazīstināja ar formulu, kas vēlāk tiks nosaukta viņa vārdā. Tas saistīja enerģiju, viļņa garumu un starojuma temperatūru (ierobežotā gadījumā pilnīgi melnam ķermenim). Visu nākamo nakti viņa kolēģi Rubensa vadībā veica eksperimentus, lai apstiprinātu šo teoriju. Un viņai bija taisnība! Taču, lai teorētiski pamatotu no šīs formulas izrietošo hipotēzi un vienlaikus izvairītos no tādām matemātiskām grūtībām kā bezgalības, Plankam nācās atzīt, ka enerģija netiek izstarota nepārtrauktā plūsmā, kā tika uzskatīts iepriekš, bet gan atsevišķās porcijās (E=hν). Šī pieeja iznīcināja visas esošās idejas par cietu ķermeni. Planka kvantu hipotēze mainīja fiziku.
Kvantēšanas sekas
Sākumā zinātnieks neaptvēra sava atklājuma nozīmi. Kādu laiku viņa atvasinātā formula tika izmantota tikai kā ērts veids, kā samazināt aprēķinu matemātisko darbību skaitu. Tajā pašā laikā gan Planks, gan citi zinātnieki izmantoja Maksvela nepārtrauktos vienādojumus. Vienīgais apkaunojošais bija nemainīgais h, kam nevarēja piešķirt fizisku nozīmi. Tikai vēlākAlberts Einšteins un Pols Ērenfests, izprotot jaunas radioaktivitātes parādības un mēģinot atrast matemātisku pamatojumu optiskajiem spektriem, saprata Planka hipotēzes nozīmi. Viņi saka, ka ziņojums, kurā pirmo reizi tika prezentēta enerģijas kvantēšanas formula, atklāja jaunas fizikas ēru. Einšteins, iespējams, bija pirmais, kurš atpazina tā sākumu. Tātad tas ir arī viņa nopelns.
Kas ir kvantizēts
Visi stāvokļi, ko var uzņemt jebkuras elementārdaļiņas, ir diskrēti. Elektrons slazdā var atrasties tikai noteiktos līmeņos. Lēcienos notiek arī atoma ierosināšana, kā arī pretējs process – emisija. Jebkura elektromagnētiskā mijiedarbība ir atbilstošās enerģijas kvantu apmaiņa. Cilvēce ierobežoja atoma enerģiju, tikai pateicoties izpratnei par enerģijas līmeņu diskrētumu. Mēs ceram, ka tagad lasītājiem neradīsies jautājums, kāda ir Planka hipotēze un kāda ir tās ietekme uz mūsdienu pasauli un līdz ar to arī uz katru cilvēku.
