Это предположение нарушало устоявшиеся представления о непрерывности энергии, но позволило точно описать экспериментальные данные. Введённая Планком формула для излучения абсолютно чёрного тела, известная как закон Планка, оказалась в точности согласующейся с наблюдениями:
где – интенсивность излучения на частоте при температуре, – скорость света, – постоянная Больцмана.
Гипотеза квантов энергии, предложенная Планком, стала первым шагом на пути к созданию новой физической теории – квантовой механики. Хотя сам Планк изначально считал своё предположение лишь математическим приёмом, впоследствии его идея получила развитие в работах Альберта Эйнштейна, Нильса Бора и других учёных.
Решение проблемы ультрафиолетовой катастрофы показало, что законы классической физики имеют ограничения, и открыло путь к переосмыслению фундаментальных принципов природы. Это стало началом новой эры в науке, которая изменила наше представление о мире и заложила основы для современных технологий, включая лазеры, транзисторы и квантовые компьютеры.
Становление квантовой механики стало возможным благодаря вкладу выдающихся учёных, которые развивали идеи Макса Планка и предлагали новые интерпретации наблюдаемых явлений. Альберт Эйнштейн и Нильс Бор сыграли ключевые роли, а их работы стали основой для первых теорий квантов.
В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил революционное объяснение фотоэффекта – явления, при котором свет вызывает выбивание электронов с поверхности металла. Исходя из гипотезы Планка, Эйнштейн предположил, что свет представляет собой поток частиц (фотонов), каждая из которых обладает энергией, равной, где – постоянная Планка, а – частота света.
Эйнштейн показал, что электрон может быть выбит из металла только в том случае, если энергия фотона превышает работу выхода материала :
Это объяснение не только решило проблему фотоэффекта, но и подтвердило квантовую природу света. За это достижение Эйнштейн получил Нобелевскую премию в 1921 году. Его работа стала одной из первых, где была продемонстрирована двойственная природа света, сочетание волновых и корпускулярных свойств.
Нильс Бор внёс значительный вклад в развитие квантовой теории, предложив в 1913 году свою модель атома, которая стала важным шагом вперёд в понимании структуры материи. Бор основывал свою модель на работах Планка и Резерфорда, предложив, что электроны движутся вокруг ядра не по произвольным траекториям, а занимают определённые квантовые орбиты. Энергия электрона на каждой орбите является дискретной, и переход электрона между орбитами сопровождается испусканием или поглощением фотона с энергией: