קטסטרופה אולטרה-סגולה: הגדרה, מהות ופרשנות

היום נדבר על מהותו של דבר כגון "קטסטרופה אולטרה סגולה": מדוע הופיע הפרדוקס הזה ואם יש דרכים לפתור אותו.

פיסיקה קלאסית

לפני הופעתה של קוונטית בעולם של מדעי הטבעפיזיקה קלאסית שלטה. כמובן, העיקר תמיד נחשב מתמטיקה. עם זאת, אלגברה וגיאומטריה משמשים בדרך כלל במדעים יישומיים. הפיזיקה הקלאסית בוחנת כיצד הגוף מתנהג כאשר מחומם, מתרחב, מרשים. הוא מתאר את הטרנספורמציה של האנרגיה מקינטית לפנימית, מדבר על מושגים כגון עבודה וכוח. באזור זה טמונה התשובה לשאלה כיצד נוצרה האסון האולטרה-סגול בפיסיקה.

בשלב מסוים, כל התופעות האלה היו כךלמד היטב, אשר נראה יותר ואין מה לגלות! זה הגיע לנקודה כי צעירים מוכשרים היו מומלץ ללכת מתמטיקה או ביולוגיה, שכן פריצות דרך אפשריים רק בתחומים אלה של המדע. אבל אסון אולטרה-סגול והסכם הפרקטיקה בתיאוריה הוכיחו את הטענות של ייצוגים כאלה.

קרינה תרמית

לא היה מקופח של פיזיקה קלאסית פרדוקסים. לדוגמא, הקרינה התרמית - קוונטים של שדות אלקטרומגנטיים אשר מתרחשים הגופים החמים. האנרגיה הפנימית מומר האור. על פי פיסיקה קלסית, קרינת גוף חמה היא ספקטרום רציף, והמקסימום שלה תלוי בטמפרטורה: התחתון הקריאה של המד החום, האור החזק ביותר "האדום". עכשיו אנחנו להרים ישירות למה נקרא הקטסטרופה אולטרה סגול.

טרמינטור וקרינה תרמית

דוגמה לקרינה תרמית היא מחוממת ומתכות מותכות. בסרטים על שליחות קטלנית, חפצים תעשייתיים מופיעים לעתים קרובות. בחלק השני הנוגע ללב ביותר של האפוס, מכונת הברזל שקועה באמבט של ברזל יצוק. ולאגם הזה יש צבע אדום. אז, צל זה מתאים לקרינה המקסימלית של ברזל יצוק עם טמפרטורה מסוימת. משמעות הדבר היא כי ערך כזה הוא לא הגבוה ביותר האפשרי, כי פוטון אדום יש את אורך הגל הקצר ביותר. כדאי לזכור: מתכת נוזלית פולטת אנרגיה הן אינפרא אדום, ואת גלוי, ב אולטרא סגול. רק כאן הפוטונים שונים מאלה האדומים, מעטים מאוד.

גוף שחור לחלוטין

כדי להשיג את צפיפות הספק הספקקרינה של חומר מחומם, להשתמש בקירוב של גוף שחור לחלוטין. המונח נשמע מפחיד, אבל למעשה זה מאוד שימושי בפיזיקה ולא כל כך נדיר במציאות. לכן, גוף שחור לחלוטין הוא אובייקט שאינו "משחרר" את הפוטונים שהגיעו אליו. במקביל, צבעו (ספקטרום) תלוי בטמפרטורה. קירוב גס של גוף שחור לחלוטין יהיה קובייה, שלצד אחד יש חור פחות מעשרה אחוזים של השטח של כל הדמות. דוגמה: חלונות בדירות קונבנציונאלי רב קומות. לכן, הם נראים שחור.

חוק ריילי-ג'ינס

נוסחה זו מתארת ​​פליטה של ​​גוף שחור לחלוטין, בהסתמך רק על הנתונים הזמינים לפיסיקה הקלאסית:

• u (ω, T) = kTω²/ π²c³, איפה
  u היא רק צפיפות ספקטרלית של בהירות האנרגיה,
  ω הוא תדר הקרינה,
  kT היא אנרגית תנודה.

אם אורכי הגל גדולים, ואז הערכיםהם סבירים ומסכימים היטב עם הניסוי. אבל ברגע שאנחנו חוצים את הקו של קרינה גלוי להיכנס הלהקה האולטרה סגולה של הספקטרום האלקטרומגנטי, האנרגיות להגיע לערכים מדהימים. בנוסף, שילוב הנוסחה על התדר מאפס לאינסוף מניב ערך אינסופי! עובדה זו חושפת את המהות של האסון העל-סגול: אם הגוף מחומם היטב, האנרגיה שלו תספיק להרוס את היקום.

פלאנק והקוונטים שלו

מדענים רבים ניסו לעקוף את הפרדוקס הזה. הוא הוציא את המדע מן המבוי הסתום, פריצת דרך, צעד כמעט אינטואיטיבי אל הלא נודע. השערת פלאנק סייעה להתגבר על הפרדוקס של קטסטרופה אולטרה סגולה. הנוסחה של פלאנק לחלוקת תדרי הקרינה של גוף שחור לחלוטין הכילה את המושג "קוונטית". המדען עצמו הגדיר אותו כפעולה יחידה קטנה מאוד של המערכת על העולם הסובב. עכשיו הקוונטים הוא החלק הקטן ביותר של חלק בלתי נפרד של כמויות פיזיות.

Quanta לבוא בצורות שונות:

• שדה אלקטרומגנטי (פוטון, כולל בקשת);
• שדה וקטור (gluon קובע את קיומו של אינטראקציה חזקה);
• שדה הכבידה (הגרביטון הוא עדיין חלקיק היפותטי גרידא, שהוא בחישובים, אך הוא עדיין לא נמצא בניסוי);
• שדות היגס (בוזון היגס לא כל כך מזמן התגלה בניסויים אצל קולוניר גדול, ותגליתו נשמעה גם על ידי אנשים רחוקים מאוד מהמדע);
• תנועה סינכרוני של אטומי סריג של מוצק (פונונית).

החתול שרדינגר והשד מקסוול

גילוי של קוונטי הוביל משמעותי מאודהתוצאות: ענף חדש לגמרי של הפיזיקה נוצר. מכניקת הקוונטים, אופטיקה, תיאוריית השדה גרמה לפיצוץ של תגליות מדעיות. חוקרים מצטיינים גילו או שכתבו מחדש את החוקים. העובדה של קוונטיזציה של מערכות החלקיקים היסודיים סייעה להסביר מדוע השד של מקסוול לא יכול להתקיים (למעשה, שלושה הסברים הוצעו). עם זאת, מקס פלאנק עצמו לא קיבל את מהות היסוד של גילויו במשך זמן רב מאוד. הוא האמין כי קוונטית היא דרך מתמטית נוחה להביע מחשבה, אבל לא יותר. יתר על כן, המדען צחק בבית הספר של פיסיקאים חדשים. לפיכך, ממלא פלאנק המציא פתרון בלתי פתיר, כפי שנראה לו, פרדוקס על החתול שרדינגר. החיה המסכנה היתה חיה, ומתה בעת ובעונה אחת שאי-אפשר לדמיין. אבל למשימה כזו יש הסבר ברור לחלוטין במסגרת הפיזיקה הקוונטית, והמדע הצעיר יחסית הוא כבר צועד על פני כדור הארץ בכוח ועוצמה.