Страница 32 из 161
Ркспериментальные исследования распределения частот, излучаемых черным телом РїСЂРё заданной температуре, показали, что имеется максимум интенсивности РЅР° длине волны, которая изменяется РїСЂРё изменении температуры Рё становится РІСЃРµ короче Рё короче РїРѕ мере увеличения температуры (СЂРёСЃ. 13). Р’ 1893 Рі. Р’РёРЅ представил объяснение этого результата РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ термодинамики.
Рис. 13. Кривые, данные для указанных температур (в К), показывают (в произвольных единицах) интенсивность испускаемого излучения, как функцию длины волны (к), выраженной в микрометрах (мкм). Простой взгляд показывает, что при увеличении температуры увеличивается испускаемая интенсивность, и ее максимальное значение сдвигается в сторону более коротких длин волн
Ртот закон, названный законом смещения Р’РёРЅР°, гласит, что произведение длины волны, РЅР° которую приходится максимум излучения, Рё абсолютной температуры тела является константой. Путем введения некоторых, очень общих предположений, относительно того, как тело СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕ испускать излучение, гипотез, основанных РЅР° идеи СЂСѓСЃСЃРєРѕРіРѕ ученого Владимира Рђ. Михельсона (18601927), который РІ 1887 Рі. предложил объяснение непрерывности распределения энергии РІ спектрах твердых тел РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ атомных колебаний Р’РёРЅ предположил, что излучение черного тела производится осцилляторами атомных размеров. Рто Рё позволило ему сформулировать закон распределения излучения черного тела. Ртот закон давал некоторые указания РЅР° зависимость интенсивности РѕС‚ длины волны для заданной температуры, Рё давал адекватное согласие СЃРѕ всеми экспериментальными данными, полученными Рє этому времени. Однако эти данные РЅРµ простирались РІ область длин волн, длиннее нескольких РјРёРєСЂРѕРЅ, РёР·-Р·Р° отсутствия хороших приемников длинноволнового излучения.
Макс Планк и закон черного тела
В то время как Физико-технический институт становился все более вовлеченным в абсолютные измерения излучения черного тела, в июне 1896 г. Вин покинул Берлин, чтобы стать профессором Высшей технической школы в Аахене. К счастью, Макс Планк, который заместил Густава Кирхгофа в качестве профессора теоретической физики в Берлинском университете, стал теоретиком резидентом для экспериментаторов Физико-технического института, которые работали с излучением черного тела.
Макс РСЂРЅСЃС‚ Людвиг Планк родился 18 апреля 1858 Рі. РІ Киле РІ семье профессора права, который позднее переехал РІ Мюнхен, РіРґРµ Макс Рё поступил РІ университет. Позднее РѕРЅ так РѕР±СЉСЏСЃРЅСЏР» СЃРІРѕР№ выбор: Внешний РјРёСЂ является чем-то независимым РѕС‚ человека, чем-то абсолютным, Рё РїРѕРёСЃРє законов, относящихся Рє этому абсолюту, представлялся РјРЅРµ как высшая цель моей жизни. Позднее РѕРЅ вспоминал, что РєРѕРіРґР° РІ школе РѕРЅ узнал принцип сохранения энергии, РјРѕР№ СѓРј жадно Рё как откровение РІРѕСЃРїСЂРёРЅСЏР» этот первый известный РјРЅРµ закон, который РјРѕРі иметь универсальную Рё абсолютную значимость, независящую РѕС‚ действия человека. Термодинамика оставалась его любимой темой исследований, начатых РІ его диссертации, Рё его успехи РІ этой области привели его Рє назначению РІ 1889 Рі. профессором Берлинского университета как приемника Кирхгофа, который скончался незадолго РґРѕ этого.
После получения значительных результатов, некоторые из которых мы вкратце позже обсудим, Планк вышел в отставку. Он был наиболее значимой личностью в немецкой науке, в нем было заинтересованно новое немецкое руководство. У Планка же было осторожное отношение нацистскому правительству, но он не протестовал публично против преследования еврейских ученых, рассматривая это как временную глупость администрации.
В 1933 г. он обсуждал это с Гитлером, видя, что расистские законы подрывают немецкую науку. Ответ был такой, что наука может подождать несколько лет.
Р’ личной жизни Планк был очень несчастлив. Р’Рѕ время Первой РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹ РѕРЅ потерял сына, Р° позднее РІ 1917 Рі. Рё 1919 Рі. умерли РІ детском возрасте его дочери. Р’Рѕ время Второй РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹ РѕРЅ наблюдал крушение своей страны, его РґРѕРј был разрушен бомбардировкой, Р° его сын РСЂРІРёРЅ был казнен РІ 1945 Рі. РїРѕ обвинению РІ участии покушения РЅР° Гитлера РІ 1944 Рі. Планк скончался РІ Гёттингене РІ 1947 Рі.
Как мы говорили, в Физико-техническом институте проводились прецизионные измерения универсальных констант и функций, в частности функции распределения черного тела, и Планк тесно сотрудничал с физиками, производящих эти измерения. Он решил заняться проблемой обоснования закона Вина, используя только соображения термодинамики и электродинамики, и в период 18971899 гг. опубликовал пять работ на эту тему. Основа его метода заключалась в предположении, что стенки полости можно представить как ансамбль гармонических осцилляторов, в которых заряды совершают колебательные движения (несколько ранее Герц продемонстрировал, что такие осцилляторы способны испускать электромагнитные волны), и в полости устанавливается равновесие между испускаемым и поглощенным излучением.