История квантовой революции
На протяжении веков классическая физика, основанная на трудах Исаака Ньютона, служила надёжной основой для объяснения природы. Ньютоновская механика предоставила человечеству модель мира, предсказуемого и детерминированного, где каждый объект подчиняется универсальным законам движения и гравитации. Однако, как ранее упоминалось, к концу XIX века начали проявляться признаки того, что эта картина мира не является полной. Эти трещины в фундаменте классической физики привели к рождению новой научной парадигмы – квантовой механики.
Одной из ключевых проблем, с которыми столкнулась классическая физика, был кризис, связанный с объяснением явлений в электромагнитной теории. В рамках классической теории Максвелла свет представлялся как электромагнитная волна, и это описание было подтверждено множеством экспериментов. Однако при попытках применить эти же принципы к объяснению процессов излучения и поглощения энергии столкнулись с серьёзными трудностями. Разберем подробнее ранее упомянутые примеры.
Наиболее ярким примером кризиса стала так называемая ультрафиолетовая катастрофа, связанная с излучением абсолютно чёрного тела. Согласно классическим расчётам, интенсивность излучения чёрного тела должна стремиться к бесконечности при уменьшении длины волны (в ультрафиолетовом диапазоне). Однако это противоречило экспериментальным данным, согласно которым излучение имеет конечный максимум, а затем спадает. Попытки устранить это противоречие в рамках классической физики оказались безуспешными.
Другой вызов возник из исследования фотоэффекта – явления, при котором свет вызывает выбивание электронов из поверхности металлов. Классическая электромагнитная теория предсказывала, что энергия выбитых электронов должна зависеть от интенсивности света. Однако эксперименты показали, что энергия электронов определяется частотой света, а не его интенсивностью. Эти результаты ставили под сомнение волновую природу света, предложенную Максвеллом.
Помимо этого, существовали нерешённые вопросы, связанные со стабильностью атомов. Согласно классической электродинамике, электроны, вращающиеся вокруг ядра, должны терять энергию из-за излучения и в конечном итоге падать на ядро. Это означало бы, что атомы не могут быть стабильными, что противоречило наблюдаемой реальности.