[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Dla dużychdługości fal sprawdzało się prawo Rayleigha-Jeansa, a Wilhelm Wien podał wzór, który wprzybliżeniu zgadzał się z danymi doświadczalnymi dla małych długości fal, a także empirycznąregułę, pozwalającą  przewidzieć" długość fali, dla której krzywa osiągała maksimum w danejtemperaturze.Planck chciał zbadać, jak małe elektryczne oscylatory powinny emitować ipochłaniać fale elektromagnetyczne.Było to podejście odmienne od tego, które w 1900 rokuzastosował Rayleigh i nieco póz
niej Jeans, ale dało w rezultacie standardową krzywą wraz zkatastrofą ultrafioletową.W latach 1895--1900 Planck pracował intensywnie nad tym problemem,31w wyniku czego opublikował wiele ważnych artykułów dotyczących związków międzytermodynamiką i elektrodynamiką; nie rozwiązał jednak kwestii widma promieniowania ciaładoskonale czarnego.Wyjście z impasu nastąpiło w roku 1900, bynajmniej nie dzięki logicznej,wnikliwej i spokojnej analizie, ale w wyniku aktu desperacji.Do sukcesu przyczynił się teższczęśliwy przypadek, wynikający z niezrozumienia przez Plancka jednego z narzędzimatematycznych, które wykorzystał.Nikt dzisiaj nie może być absolutnie pewien, co kierowałoPlanckiem, gdy uczynił ten rewolucyjny krok, który w prostej linii doprowadził do powstaniamechaniki kwantowej.Martin Klein z Uniwersytetu Yale, historyk specjalizujący się w dziejachfizyki, próbował odtworzyć role odegrane przez Plancka i Einsteina przy narodzinach mechanikikwantowej.Przekonująco umieszczając ich odkrycia w historycznym kontekście, Klein stworzyłobraz na tyle autentyczny, na ile było to możliwe na podstawie istniejących z
ródeł.Pierwszy krok,w lecie 1900 roku, Planck zawdzięczał swej doskonałej intuicji fizyka oraz znajomości fizykimatematycznej.Zdał sobie sprawę, że dwa niekompletne opisy widma promieniowania ciaładoskonale czarnego można połączyć w jedną prostą matematyczną formułę opisującą całąkrzywą.Stosując trochę matematycznej żonglerki, Planck połączył prawo Wiena i prawoRayleigha-Jeansa i stworzył pomost między krótko- i długofalowym obszarem widma.Był to wielkisukces - wzór Plancka zgadzał się doskonale z wynikami obserwacji promieniowania ciaładoskonale czarnego.Jednakże w odróżnieniu od obu wyjściowych teorii - prawo Plancka nie miałopodstaw fizycznych.Wien i Rayleigh, a nawet Planck, przez poprzednie cztery lata budowali swojeteorie i wyprowadzili swoje wzory na podstawie rozsądnych fizycznych przesłanek.Planckwyciągnął swój wzór  z kapelusza".Wzór zgadzał się z danymi doświadczalnymi, ale nikt nierozumiał, jakie fizyczne przesłanki leżą u jego podstawy.Okazało się, że przesłanki nie sąbynajmniej  rozsądne".Niechciana rewolucjaWzór Plancka został ogłoszony na spotkaniu Berlińskiego Towarzystwa Fizycznego wpaz
dzierniku10 1900 roku.W ciągu następnych dwóch miesięcy Planck był całkowicie pochłoniętypróbami znalezienia fizycznych podstaw dla nowo odkrytego prawa - próbował dopasować różnekombinacje fizycznych założeń do matematycznej formuły.Znacznie póz
niej Planck wspomniał, żebył to okres najbardziej intensywnej pracy w jego życiu.Po wielu nieudanych próbach pozostałatylko jedna, niezbyt sympatyczna możliwość.Przedstawiłem Plancka jako fizyka o konserwatywnych poglądach.W swoich wcześniejszychpracach był on przeciwny hipotezie cząsteczkowej, a szczególną niechęcią darzył - wprowadzonądo termodynamiki przez Boltzmanna - statystyczną interpretację wielkości zwanej entropią.Entropia jest kluczowym pojęciem w fizyce, w fundamentalny sposób związanym z pojęciemupływu czasu.Aczkolwiek proste prawa mechaniki - prawa Newtona - są całkowicie odwracalnewzględem czasu, wiemy, że w rzeczywistości czas nie jest odwracalny.Pomyślmy o rzuconymkamieniu.Gdy uderzy on o powierzchnię ziemi, jego energia kinetyczna zamieni się w ciepło.Ale10Wszystkie inne z
ródła mówią, że w grudniu (przyp.tłum.).32gdy identyczny kamień położymy na ziemi i ogrzejemy do tej samej temperatury, bynajmniej nieuniesie się w górę.Dlaczego nie? W przypadku spadającego kamienia ruch uporządkowany(wszystkie atomy i cząsteczki spadające w tym samym kierunku) jest zamieniony w ruch nieuporządkowany (wszystkie atomy i cząsteczki zderzające się energicznie, lecz chaotycznie).Tozgadza się z prawem natury mówiącym, że nieporządek zawsze rośnie, a tak rozumianynieporządek jest utożsamiany z entropią.To prawo natury nazywa się drugą zasadątermodynamiki, i mówi, że procesy w przyrodzie zawsze przebiegają w kierunku wzrostunieporządku, albo inaczej - że entropia zawsze rośnie.Jeśli dostarczymy kamieniowi nieuporządkowanej energii cieplnej, to nie będzie on w stanie użyć tej energii do stworzeniauporządkowanego ruchu wszystkich swoich cząsteczek w jednym kierunku, tak, aby wykonać ruchw górę.A może będzie to możliwe? Boltzmann wprowadził tu pewną zmianę.Powiedział, że tak rzadkiezjawisko może się zdarzyć, aczkolwiek jest bardzo mało prawdopodobne [ Pobierz całość w formacie PDF ]