...από τον Μ. Planck

Η μεθοδολογία των φυσικών ξεκινούσε από ένα ιδεατό φανταστικό υπόδειγμα, όπως συνήθως γίνεται, ώστε να υπάρχει μία βάση, μία αρχή. Αυτό το σώμα ήταν το «μέλαν σώμα», δηλαδή ένα μαύρο σώμα, το οποίο έχει την ιδιότητα να απορροφά όλη την ακτινοβολία που πέφτει πάνω του. Ένα μέλαν σώμα θα μπορούσε να είναι μία τρύπα. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα σωλήνα και το λυγίζουμε σε διάφορα μέρη του. Το φως που θα περάσει απ' την πρώτη τρύπα είναι τελείως απίθανο να περάσει κι από τη δεύτερη, γιατί θα υποστεί διαδοχικές απορροφήσεις απ' τα τοιχώματα του σωλήνα, μέχρι να εξαφανιστεί. Τι συμβαίνει τώρα σ' ένα μέλαν σώμα όταν θερμαίνεται; Το σώμα ακτινοβολεί ηλεκτρομαγνητικά και μάλιστα η ακτινοβολία είναι πολύ λίγη στις μεγάλες συχνότητες και πολύ λίγη στις μικρές, ενώ η περισσότερη εκπέμπεται σε κάποια ενδιάμεση περιοχή συχνοτήτων.

Planck Τι έλεγε η κλασσική φυσική; Ότι σχεδόν όλο το ποσό της ακτινοβολίας θα πρέπει να εκπέμπεται στις μεγάλες συχνότητες, ενώ στις χαμηλές υπήρχε συμφωνία μεταξύ παρατήρησης και κλασσικής φυσικής. Αυτό το παράδοξο τράβηξε την προσοχή πολλών επιστημόνων, μεταξύ των οποίων και ο M. Planck, γερμανός φυσικός της παλιάς σχολής. Λεπτολόγος και υπερβολικά εργατικός ο Planck δεν ήταν από εκείνους τους επιστήμονες που θα τους χαρακτήριζε κανείς ως επαναστάτες. Από το 1895 μέχρι το 1900 ο Planck προσπαθούσε με τη λογική να ανακαλύψει το φάσμα, δηλαδή πόση ακτινοβολία εκπέμπεται στις διάφορες συχνότητες, του μέλανος σώματος. Το 1900 τα κατάφερε κι αυτό συνέβη, όχι με την ήρεμη και ψυχρή επιστημονική οξυδέρκεια, αλλά με μια πράξη απόγνωσης, εμπλέκοντας τύχη, διόραση και πολλά μαθηματικά. Γι' αυτή του την ανακάλυψη τιμήθηκε το 1918 με το βραβείο Nobel.

Όλα αυτά σύμφωνα με τον Μ. Klein, του Πανεπιστημίου του Yale έναν ιστορικό που ειδικεύτηκε πάνω στην ιστορία της φυσικής, κατά τη γέννηση της κβαντικής θεωρίας. Ο Klein είναι η πλέον κατοχυρωμένη ιστορική πηγή και χάρη σε αυτόν φάνηκε στο πραγματικό της μέγεθος συνεισφορά των Planck και Einstein στην ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας.

Ο Planck λοιπόν, χρησιμοποίησε αναγκαστικά και προς μεγάλη του δυσαρέσκεια τα λεγόμενα ενός άλλου φυσικού, του S. Boltzman ο οποίος μιλούσε για μια στατιστική ερμηνεία του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής, χρησιμοποιώντας και την έννοια της εντροπίας, δηλαδή της τάσης του σύμπαντος να αυξάνει την αταξία του. Χωρίς να επεκταθούμε πιο πολύ θα καταλήξουμε στο συμπέρασμα, που καθόλου, όπως ειπώθηκε, δεν άρεσε στον Planck, όμως ήταν η μόνη δυνατή κατάληξη: Τα άτομα απορροφούν κι εκπέμπουν ενέργεια όχι με συνεχή τρόπο, αλλά με συγκεκριμένα ποσά, τα κβάντα. Δηλαδή η ενέργεια δεν μπορούσε πια να διαιρεθεί σε άπειρες ποσότητες, αλλά σε πεπερασμένο αριθμό ποσοτήτων και έπρεπε να σχετίζεται και τη συχνότητα της ν σύμφωνα με τη σχέση

Ε = h ν

όπου h είναι μια νέα σταθερά, ίση με 6,55* 10-27 erg*sec.

H "προδοσία" του Planck

Μια στιγμή όμως. Τι σημαίνει ότι η ενέργεια είναι κβαντισμένη; Ο J. Gribbin το περιγράφει με τον πιο χαρακτηριστικό τρόπο: "Οι ταμειακές μηχανές στην τράπεζα της γειτονιάς μου λειτουργούν κατά τον ίδιο τρόπο. Όταν τοποθετώ την πιστωτική μου κάρτα, η μηχανή θα δώσει οποιοδήποτε ποσό επιθυμώ, εφόσον αυτό είναι πολλαπλάσιο των 5 λιρών. Η αυτόματη μηχανή δεν μπορεί να μου δώσει κανένα ενδιάμεσο ποσό (όπως και μηδενικό ποσό), αλλά αυτό δε σημαίνει ότι ενδιάμεσα ποσά, όπως 8,47 λίρες, δεν υπάρχουν". Τελείως ανάλογα ο Planck ποτέ δεν ισχυρίστηκε ότι η ακτινοβολία είναι κβαντισμένη.

Ένας απ' αυτούς ήταν κι ο Α. Einstein, όπου το 1900 ήταν εικοσιενός ετών. Το καλοκαίρι του 1902 άρχισε να δουλεύει σε ένα γραφείο ευρεσιτεχνιών και το επιστημονικό του ενδιαφέρον εστιαζόταν περισσότερο σε θέματα στατιστικής φυσικής και θερμοδυναμικής και μάλιστα με αρκετά ξεπερασμένο απ' την εποχή του στυλ. Όμως μετά τις επινοήσεις του Planck, ο Einstein είδε με διαφορετικό μάτι το όλο θέμα και μάλιστα ήταν ο πρώτος που ασχολήθηκε σοβαρά με το φάσμα του μέλανου σώματος.

Μάλιστα ο Τ. Kuhn έλεγε χαρακτηριστικά ότι "ο Planck δεν είχε ιδέα για το φάσμα του μέλανου σώματος κι ο Einstein ήταν ο πρώτος που εκτίμησε τον ουσιώδη ρόλο της κβάντωσης".

Σχετικοί Σύνδεσμοι (εξωτερικές σελίδες)