Страница 37 из 161
Точно так же физики первых лет XX в. использовали формулу черного тела как эмпирическую, и сам Планк старался ограничить концепцию квантования и произвел две последовательные модификации своей теории, в которых сумел получить ту же формулу без необходимости предположения, что процессы поглощения включают обмен энергии квантами, т.е. кванты энергии (1914 г.). Научному сообществу потребовалось несколько лет, чтобы осознать его вклад и присудить ему Нобелевскую премию по физике лишь в 1918 г. в признание заслуг, которые он оказал развитию Физики своим открытием квантов энергии.
Среди тех первых, которые указали, что что-то не вполне правильно, был Рэлей, который в 1905 г. снова обратился к своей формуле 1900 г., отмечая, что формула Планка сводится к ней в пределе низких частот, и заключал:
Критическое сравнение двух процессов [т.е. его собственного и Планка] представляет интерес, но не следуя за соображениями Планка, я не могу принять их. Как применяемая ко всем длинам волн, его формула могла бы иметь большее значение, если бы была удовлетворительно установлена. С другой стороны, соображения, которыми я руководствовался [мое уравнение] очень просты, и эта формула, как казалось мне, является необходимым следствием закона равновесности, как он был утвержден Больцманом и Максвеллом. Мне трудно понять, как еще один какой-нибудь процесс, также основанный на идеях Больцмана, может привести к другому результату.
Таким образом, Рэлей указал факт появления новой концепции, обычно называемой кризисом классической физики.
Р’ это самое время гениальные соображения неизвестного служащего Патентного Р±СЋСЂРѕ РІ Рі. Берне (Швейцария) укрепили теоретические РѕСЃРЅРѕРІС‹ понимания явлений испускания Рё поглощения света. Ртим неведомым служащим был Альберт Рйнштейн. Как РјС‹ СѓРІРёРґРёРј, Рйнштейн полностью РїСЂРёРЅСЏР» концепцию квантования Рё предположил, что излучение ведет себя так, как если Р±С‹ РѕРЅРѕ состояло РёР· квантов энергии, что проявляется РЅРµ только РІ процессах испускания Рё поглощения, РЅРѕ что кванты существуют независимо РІ РІРёРґРµ частиц РІ вакууме. Однако прежде чем обсуждать эти фундаментальные концепции, нам нужно описать еще РѕРґРЅСѓ важную революцию, связанную СЃ открытием строения атома Рё ее роль РІ излучении света.
ГЛАВА 4
ATOM РЕЗЕРФОРДАБОРА
Концепция атома как сложной системы, содержащей внутри себя как отрицательные заряды (электроны), так и положительные (необходимые для нейтрализации электронов и делающие атом электрически нейтральным), была введена, как мы видим, между 19 и 20 столетиями. В 1911 г. благодаря фундаментальным экспериментам, выполненными Резерфордом, была разработана модель, которой мы, с некоторыми модификациями, пользуемся и поныне.
Резерфорд и планетарный атом
РСЂРЅСЃС‚ Резерфорд (18711937) родился РІ маленьком РіРѕСЂРѕРґРєРµ Южного острова РќРѕРІРѕР№ Зеландии РІ семье выходца РёР· Шотландии. Его мать была школьной учительницей Рё великолепно играла РЅР° рояле, что было необычным РІ РќРѕРІРѕР№ Зеландии того времени. Его отец, энергичный Рё умелый фермер, организовал выгодный бизнес РїРѕ производству веревок Рё канатов. Многочисленная семья молодого Ррнста жила вдали РѕС‚ больших РіРѕСЂРѕРґРѕРІ РЅР° семейной ферме.
Р’ 10 лет РСЂРЅСЃС‚ прочел популярную РєРЅРёРіСѓ РїРѕ физике Рё, как это случалось СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё физиками РІ подобных случаях, был увлечен ею. После школы второй ступени Рё колледжа, РіРґРµ РѕРЅ был первым РЅР° экзаменах РїРѕ английскому языку, латыни, истории, математике, физике Рё С…РёРјРёРё, РІ 1889 Рі. получил стипендию университета РќРѕРІРѕР№ Зеландии. Там РѕРЅ получил ученую степень, представив диссертацию РїРѕ магнетизму железа, получаемого РїСЂРё высокочастотных электрических разрядах. Р’ 1894 Рі. РѕРЅ выиграл стипендию, которая позволяла ему продолжить занятия РІ Англии. Р�стория гласит, что РѕРЅ получил эту новость РІРѕ время выкапывания картошки Рё воскликнул: Рто последняя картошка, которую СЏ выкапываю РІ моей жизни; после чего одолжил деньги РЅР° билет Рё отправился РІ 1895 Рі. РІ Кембридж, РєСѓРґР° был РїСЂРёРЅСЏС‚ студентом-исследователем РІ знаменитую Кавендишскую лабораторию, возглавляемую Дж. Дж. РўРѕРјСЃРѕРЅРѕРј, открывателем электрона.
Как раз до этого Кембриджский университет решил больше сосредоточиться на экспериментальных исследованиях, открывая лаборатории и для студентов из других университетах, среди которых первым был Резерфорд. Он быстро стал известен среди других соучеников, один из которых писал: У нас здесь появился кролик от Антиподов, и он копает очень глубоко.