Leo tutazungumza kuhusu kiini cha dhana kama vile "janga la urujuanimno": kwa nini kitendawili hiki kilitokea na kama kuna njia za kulitatua.
Fizikia ya asili
Kabla ya ujio wa quantum, ulimwengu wa sayansi asilia ulitawaliwa na fizikia ya kitambo. Bila shaka, hisabati daima imekuwa kuchukuliwa kuwa kuu. Walakini, algebra na jiometri hutumiwa mara nyingi kama sayansi inayotumika. Fizikia ya kawaida huchunguza jinsi miili inavyofanya kazi inapopashwa joto, kupanuliwa na kugongwa. Inaelezea mabadiliko ya nishati kutoka kinetic hadi ya ndani, inazungumza juu ya dhana kama vile kazi na nguvu. Ni katika eneo hili ambapo jibu la swali la jinsi janga la ultraviolet katika fizikia lilivyotokea.
Wakati fulani, matukio haya yote yalisomwa vyema hivi kwamba ilionekana kuwa hakuna kitu zaidi cha kugundua! Ilifikia hatua kwamba vijana wenye vipaji walishauriwa kwenda kwa wanahisabati au wanabiolojia, kwa kuwa mafanikio yanawezekana tu katika maeneo haya ya sayansi. Lakini janga la urujuanimno na upatanisho wa mazoezi na nadharia ulithibitisha uwongo wa mawazo hayo.
Mionzi ya joto
Fizikia ya asili na vitendawili havikunyimwa. Kwa mfano, mionzi ya joto ni quanta ya uwanja wa umeme unaotokea katika miili yenye joto. Nishati ya ndani inageuka kuwa mwanga. Kwa mujibu wa fizikia ya classical, mionzi ya mwili wa joto ni wigo unaoendelea, na upeo wake unategemea joto: chini ya usomaji wa thermometer, "nyekundu" mwanga mkali zaidi. Sasa tutakaribia moja kwa moja kile kinachoitwa janga la urujuanimno.
Kisimamishaji na mionzi ya joto
Mfano wa mionzi ya joto ni metali zinazopashwa joto na kuyeyushwa. Filamu za Terminator mara nyingi zina vifaa vya viwandani. Katika sehemu ya pili inayogusa zaidi ya epic, mashine ya chuma hutumbukia kwenye bafu la chuma cha kutupwa cha gurgling. Na ziwa hili ni jekundu. Kwa hivyo, kivuli hiki kinalingana na mionzi ya juu ya chuma cha kutupwa na joto fulani. Hii ina maana kwamba thamani hiyo sio ya juu zaidi ya yote iwezekanavyo, kwa sababu photon nyekundu ina urefu mdogo zaidi wa wavelength. Inafaa kukumbuka: chuma kioevu huangaza nishati katika infrared, na inayoonekana, na katika eneo la ultraviolet. Kuna fotoni chache tu isipokuwa nyekundu.
Mwili mweusi kabisa
Ili kupata msongamano wa nishati ya spectral ya mnururisho wa dutu inayopashwa joto, ukadiriaji wa mwili mweusi hutumiwa. Neno hilo linasikika kuwa la kutisha, lakini kwa kweli ni muhimu sana katika fizikia na sio nadra sana katika ukweli. Kwa hiyo, mwili mweusi kabisa ni kitu ambacho "hachichi" vitu vilivyoanguka.fotoni. Aidha, rangi yake (wigo) inategemea joto. Ukadiriaji mbaya wa mwili mweusi kabisa utakuwa mchemraba, kwa upande mmoja ambao kuna shimo chini ya asilimia kumi ya eneo la takwimu nzima. Mfano: madirisha katika vyumba vya majengo ya kawaida ya juu-kupanda. Ndio maana wanaonekana weusi.
Rayleigh-Jeans
Mfumo huu unaelezea mionzi ya mwili mweusi, kulingana na data inayopatikana tu kwa fizikia ya kitambo:
-
u(ω, T)=kTω2/π2c3, wapi
u ni msongamano wa spectral wa mwangaza wa nishati, ω ni masafa ya mionzi, kT ni nishati ya mtetemo.
Ikiwa urefu wa mawimbi ni kubwa, basi thamani zinaweza kukubalika na zinakubalika vyema na majaribio. Lakini mara tu tunapovuka mstari wa mionzi inayoonekana na kuingia eneo la ultraviolet la wigo wa umeme, nishati hufikia maadili ya ajabu. Kwa kuongeza, wakati wa kuunganisha formula juu ya mzunguko kutoka sifuri hadi infinity, thamani isiyo na kipimo inapatikana! Ukweli huu unaonyesha kiini cha janga la urujuanimno: ikiwa mwili fulani utapashwa joto vya kutosha, nishati yake itatosha kuharibu ulimwengu.
Mpangaji na wingi wake
Wanasayansi wengi wamejaribu kufanyia kazi kitendawili hiki. Mafanikio yaliongoza sayansi kutoka kwa mtafaruku, hatua karibu angavu kuelekea kusikojulikana. Dhana ya Planck ilisaidia kushinda kitendawili cha janga la ultraviolet. Fomula ya Planck ya usambazaji wa mzunguko wa mionzi ya mwili mweusi ilikuwa na dhana"quantum". Mwanasayansi mwenyewe alifafanua kama hatua ndogo sana ya mfumo kwenye ulimwengu unaozunguka. Sasa quantum ndiyo sehemu ndogo kabisa isiyoweza kugawanyika ya baadhi ya kiasi halisi.
Quanta zipo za namna nyingi:
- uga wa sumakuumeme (photon, pamoja na upinde wa mvua);
- uga wa vekta (gluon huamua kuwepo kwa mwingiliano mkali);
- uga wa mvuto (graviton bado ni chembe dhahania kabisa, ambayo iko kwenye hesabu, lakini bado haijapatikana kwa majaribio);
- Higgs fields (higgs boson iligunduliwa kwa majaribio si muda mrefu uliopita kwenye Large Hadron Collider, na hata watu walio mbali sana na sayansi walifurahia ugunduzi wake);
- mwendo ulandanishi wa atomi za kimiani ya mwili thabiti (fonini).
Paka wa Schrödinger na pepo wa Maxwell
Ugunduzi wa quantum ulisababisha matokeo muhimu sana: tawi jipya la fizikia liliundwa. Mechanics ya quantum, optics, nadharia ya uwanja ilisababisha mlipuko wa uvumbuzi wa kisayansi. Wanasayansi mashuhuri waligundua au kuandika upya sheria. Ukweli wa ujanibishaji wa mifumo ya chembe za msingi ulisaidia kuelezea kwa nini pepo wa Maxwell hawezi kuwepo (kwa kweli, maelezo mengi kama matatu yamependekezwa). Walakini, Max Planck mwenyewe hakukubali asili ya msingi ya ugunduzi wake kwa muda mrefu sana. Aliamini kuwa quantum ni njia rahisi ya kihesabu ya kuelezea wazo fulani, lakini sio zaidi. Kwa kuongezea, mwanasayansi huyo alicheka shule ya wanafizikia wapya. Kwa hiyo, M. Planck alikuja na unsolvable, kama ilionekana kwake, kitendawiliKuhusu paka wa Schrödinger. Mnyama maskini alikuwa hai na amekufa kwa wakati mmoja, ambayo haiwezekani kufikiria. Lakini hata kazi kama hiyo ina maelezo ya wazi kabisa ndani ya mfumo wa fizikia ya quantum, na sayansi yenyewe changa tayari inazunguka sayari kwa nguvu na kuu.
