Ultravioletová katastrofa: definice, esence a interpretace

Dnes budeme hovořit o podstatě takové věci jako "ultrafialové katastrofy": proč se tento paradox objevil a zda existují způsoby, jak ho vyřešit.

Klasická fyzika

Před vznikem kvantové ve světě přírodních věd, vládla nejvyšší klasická fyzika. Samozřejmě, hlavní věc byla vždy považována za matematiku. Nicméně algebra a geometrie se nejčastěji používají jako aplikované vědy. Klasická fyzika zkoumá, jak se tělo chová při zahřátí, rozšiřování, nápadu. Popisuje transformaci energie z kinetiky na vnitřní, mluví o konceptech, jako je práce a síla. To je v této oblasti odpověď na otázku, jak vznikla ultrafialová katastrofa ve fyzice.

V určitém okamžiku byly všechny tyto jevy tak důkladně studovány, že se zdálo, že už není nic víc! Dosáhla toho, že talentovaným mladým lidem bylo doporučeno jít na matematiku nebo biologii, protože průlomy jsou možné pouze v těchto oblastech vědy. Ale ultrafialová katastrofa a dohoda o praxi s teorií dokázala, že tyto reprezentace jsou klamné.

Tepelné záření

Nebylo zbaveno klasické fyziky a paradoxů. Například tepelné záření je kvantou elektromagnetického pole, které vznikají ve vyhřívaných tělesech. Vnitřní energie se změní na světlo. Podle klasické fyziky je zářením vyhřívaného těla kontinuální spektrum a jeho maximální hodnota závisí na teplotě: čím menší je hodnota teploměru, tím je "nejsilnější" nejsilnější světlo. Nyní se dostaneme přímo k tomu, co se nazývá ultrafialová katastrofa.

Terminátor a tepelné záření

Příklad tepelného záření je zahřátý a roztavený kov. Ve filmech o Terminátoru se často objevují průmyslové objekty. V nejvíce dotyčné druhé části eposu je železný stroj ponořen do koupele z litiny. A toto jezero má červenou barvu. Takže tento odstín odpovídá maximálnímu vyzařování litiny s určitou teplotou. To znamená, že tato hodnota není nejvyšší ze všech možných, protože červený foton má nejkratší vlnovou délku. Stojí za zmínku: tekutý kov emituje energii jak v infračerveném, tak ve viditelném a ultrafialovém. Jenom zde jsou fotony, které se liší od červených, jen velmi málo.

Absolutně černé tělo

Pro získání spektrální hustoty výkonu ohřáté látky se použije aproximace černého tělesa. Termín zní strašidelně, ale ve skutečnosti je velmi užitečný ve fyzice a není tak vzácný ve skutečnosti. Takže naprosto černé tělo je předmětem, který "neuvolňuje" fotony, které se k němu dostaly. Zároveň je jeho barva (spektrum) závislá na teplotě. Hrubým přiblížením absolutně černého těla bude kostka, jejíž jedna strana má otvor menší než deset procent plochy celé postavy. Příklad: okna v bytech konvenčních vícepodlažních budov. Zdá se tedy, že jsou černé.

Rayleigh-Jeansův zákon

Tento vzorec popisuje emise absolutně černého těla, spoléhající se pouze na údaje dostupné klasické fyzice:

• u (omega-, T) = kTomega-²/ pi-²c³, kde
  u je pouze spektrální hustota energetické svítivosti,
  omega- je frekvence záření,
  kT je oscilační energie.

Pokud jsou vlnové délky velké, potom jsou hodnoty hodnověrné a dobře se s experimentem shodují. Ale jakmile překročíme linii viditelného záření a vstoupíme do ultrafialového pásma elektromagnetického spektra, energie dosáhnou neuvěřitelných hodnot. Kromě toho integrace vzorce nad frekvenci od nuly do nekonečna poskytuje nekonečnou hodnotu! Tato skutečnost odhaluje podstatu ultrafialové katastrofy: pokud je tělo dostatečně ohřáto, bude jeho energie stačit ke zničení vesmíru.

Planck a jeho kvantum

Mnoho vědců se snažilo obejít tento paradox. Přivedl vědu ze slepé uličky, průlom, téměř intuitivní krok do neznáma. Pomohla překonat paradox ultrafialové katastrofy Planckova hypotéza. Planckův vzorec pro distribuci frekvencí záření absolutně černého těla obsahoval pojem "kvantum". Vědec sám definoval to jako velmi malou jednotkovou akci systému na okolním světě. Nyní je kvantum nejmenší nedělitelná část některých fyzikálních veličin.

Quanta jsou v různých formách:

• Elektromagnetické pole (foton, včetně v duhu);
• vektorové pole (gluon určuje existenci silné interakce);
• gravitační pole (graviton je stále čistě hypotetická částic, která je ve výpočtech, ale dosud nebyla nalezena experimentálně);
• Higgsovy pole (Higgsův boson, který nebyl dávno předtím experimentálně objeven ve velkém hadronickém křídle a jeho objev byl radován dokonce i lidmi velmi vzdálenými od vědy);
• synchronní pohyb atomů mřížky pevné látky (phonon).

Kočka Schrodinger a Maxwellův démon

Objev kvantum vedl k velmi významným důsledkům: vytvořila se zcela nová fyzika. Kvantová mechanika, optika, teorie pole způsobily explozi vědeckých objevů. Vynikající učenci objevili nebo přepisovali zákony. Fakt kvantifikace systémů elementárních částic pomohl vysvětlit, proč Maxwellův démon nemůže existovat (ve skutečnosti byly navrženy tři vysvětlení). Max Planck sám však velmi dlouho nepřijal základní povahu svého objevu. On věřil, že kvantum je vhodný matematický způsob vyjadřování myšlenky, ale ne více. Navíc se vědce zasmál ve škole nových fyziků. Proto M. Planck vynalezl nerozhodný, jak se mu zdálo, paradoxní ohledně kočky Schrödingera. Chudé zvíře bylo naživu a mrtvé ve stejnou dobu, že to není možné si představit. Ale takový úkol má zcela jasné vysvětlení v rámci kvantové fyziky a poměrně mladá věda sama o sobě již po celé planetě vede silou a hlavou.