Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 133
Текст из файла (страница 133)
Среди пих находились Планк, Эйнштейн, Нернст, Вии, Перрен и другие ученыс, стоявшие у колыбели квантовой физики. Выступая на открытии конгресса, Лоренц в своей речи отметил: «Наука далека от полного удовлетворения, которое еще двадцать лет назад могла бы дать кинетическая теорил газов, мало-помалу распространеннал на жидкости, на разбавленные растворы и систему электронов... Мьь чувствуем себя как в тупике.. Лишь прекрасная гипотезп об элементах энергии, впервые предложеннал Планком и примененная к л~ногочисленным явлениям Неристом, Эйнштейноль и др., оказалась проблеском света. Она открыла ниль неожиданные перспективы, даже скептики должны признать ее важность и плодотворность. Она и является основной темой предстояи1их суждений» ьь.
" Л в уз М. Статьи и речи. М., 1969. 31* Центральным докладом был доклад Планка «Законы теплового излучения и гипотеза элементарного кванта действия» [44, с. 282], в котором был дан обзор состояния квантовой теории за истекшее десятилетие и сделана попытка проанализировать физическое содержание константы й и ее роль в новых физических теориях. Отдавая должное классической физике, Планк говорил: «Принципы классической механики, расширенные и оплодотворенные развитием электродинамики и электронной теорией, в частности, оправдали себя в вьгсдкой мере; следствием этого, а также стремлением к созданию е'диной физической картины мира объясняется появление надежды, что те же самые законы беэ существенных изменений успешно можно будет применить к тем физическим явлениям, захоны которых описываются посредством статистического метода.
В самом деле, развитие кинетической теории газов, казалось, в течение некоторого времени блестяще оправдывало связанные с ней ожидания... Отдельные трудности принципиального характера, возникавшие в различных местах этой теории, не могли казатьсл непреодолимыми, если принять во внимание большое количество гипотез, имевшихся в распоряжении классической динамики. Сегодня мы должны сказать, что надежды, связаннме с этой теорией, не оправдались, несмотря на расишрение классической механики принципом относительности Лоренца — Зйнштейна, она оказалась слишком узкой, чтобы охватить физические явления, недоступные непосредственному восприятию нашими органами чувств. Поразительное противоречие между классической теорией теплового излучения черных тел и опытом является первым и едва ли оспоримым доказательством вышеприведенного утверждения.,» «Оби4ие принципы термодинамики и электродинамики не ведут дальше закона излучения Вин໠— говорит Планк.
Надо сказать, что великий ученый весьма болезненно переживал кризис основ классической физики. Характерными являются слова, сказанные им в 1912 гл «Когда подумаешь о полном экспериментальном подтверждении, которое получила электродинамики Максвелла в самых тонких явлениях интерференции, когда подумаешь о невероятных трудностях, которые повлек бы за собой отЧсаз от нее для всей теории электрических и магнитных явлений, то испытываешь какое-то отвращение, когда сразу же разрушаешь эти осковьш.
Многим физикам, воспитанным на классических идеях, было трудно примириться с квантовой гипотезой, так же как и ее творцу. В качестве примера можно привести мнение Рэлея, высказанное им в 1911 г. в письме к Нернсту: «Я должен признаться, что мне не нравитсл такое разрешение проблемы. Конечно, мне нечего сказать против выводов, вытекающих из квантовой гипотезы, которая в руках способных людей привела к некотории интересным результатам. Во мме трудно представить, что такая картина в действительности имеет место» Как ученый, Планк сам был воспитан в духе идей классической физики, в развитии которой и его трудам принадлежит далеко не последнее место. С момента открытия кванта действия Планк лелеял надежду, что его гипотеза может найти свое место в рамках классической физики. Планк ряд лет потратил на попытки "Старосельская-Никитина О.
А, Пол а к Л. С. Макс Планк и первый Сояьаееаский конгресс [321. 484 вывода квантовой гипотезы из классических теорий. И не только Планк предпринимал такие попытки. Все они, естественно, конча- лись неудачей. Люди, близко знавшие Планка в эти годы его науч- ной деятельности, отмечали его неудовлетворенность, сложившей- ся в физике ситуацией. Так, М.
Лауэ говорит: «Никто так сильно не страдал от утраты этого единства (единства класси- ческой физики. — Я. Г.1, как сам Планк». А. Ф. Иоффе вспоминает, что когда в 1905 г. появилась работа Эйнштейна о фотонах и он, Иоффе, спросил мнение о ней Планка, то последний высказался в отрицательном духе. Планк считал, что в вопросах теории света следует оставаться в рамках класси- ческой электродинамики Максвелла, «которая так много дала физике и, наверное, еще много полезного даст в будущем; надо поэтому быть ей благодарным и без крайней необходимости не отступать от неем Обращаясь к Иоффе, он добавил: «Лучше бы вы придумали, как понять факты, приведенные Эйнштейном, в рамка.с классической теории» ь' В конце концов Планк понял, что с его гипотезой квантов в физику вошло нечто принципиально новое, несводимое к класси- ческим представлениям, и он вынужден оыл примириться с этим.
Много лет спустя он писал в своей научной автобиографии: «Мои тщетные попытки как-то ввести квант действия в классичедкую тео- рию продолжались в течение ряда лет и стоили мне немалых трудов. Неко- торые из моих коллег усматривали в этом своего рода трагедию. Но я дер- жусь другого »~кения об этом, потому что польза, которую я извлекал из это- го углубленного анализа, была весьма значительной. Ведь теперь я точно знал, что квант действия играет в физике гораздо большую раль, чем я вна- чале бььл дклонен считать...» [201, Великий ученый нашел в себе мужество признать, что выход из тяжелой ситуации, сложившейся в теории теплового излучения, может быть только один: полный отказ от классических представ- лений о характере энергетического обмена между веществом и из- лучением. Уже первые десятилетия ХХ в.
принесли квантовой теории не- ооычайный успех. Стало ясно, что концепция Планка открывает совершенно новые пути в развитии физики, что она приводит к новым взглядам на старые проблемы и намечает далеко идущие перспективы. «Кванты, как масляное пятно, быстро пропитали собой все области фи- зики. Введение квантов устраняло некоторые трудности, относящиеся к удель- ным теплоемкостям газа, одновременно оно же позволило сначала Эйнштейну, затем Нернсту и Линдеману и, 'наконец, в более совершенной форме Дебаю, Варну и Карману создать удовлетворительную теорию теплоемкости твердых тел и обьяснить, почему закон Дюлонга и Пти, основанный на классической статистике, содержит важные исключения и вььполняется, как и закон Рэлея, тол~ко в ограниченной области.
" И о ф ф е А. Ф. Встречи с физиками. М., 1963. 32 я. М. Гельфер 485 Кванты проникли в такую область науки, в которой их никто не ожидал встретить, — в ~еорию газов»«э. Первые успехи квантовой гипотезы. Развитие квантовой теории теплоемкости твердого тела Итак, квантовая теория, возникшая в недрах классической тер. модинамики и статистической физики в полном соответствии с диалектикой развития науки, начала проникать в сознание физиков, воспитанных на классических традициях.
Вначале этот процесс протекал довольно медленно — уж слишком ново и необычно с классической точки зрения было представление о квантах энергии. Хотя противоречия и законы в области теории черного излучения и были объяснены на этой основе, требовались дальнейшие примеры эвристической ценности квантовой гипотезы. Решающий шаг в этом направлении был сделан А. Эйнштейном в 1905 — 1907 гг.
В 1905 г. появилась работа <Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света» [62, с. 92), которую можно считать началом квантовой теории излучения. Эйнштейн сделал решительный шаг вперед после первоначальной гипотезы Планка, перенеся квантовые представления на процессы излучения и процессы поглощения ", т. е. на электромагнитное поле в целом, допустив, что оно само состоит из отдельных квантов-фотонов с энергией йч.
Результатом этого явилось объяснение закономерностей фотоэффекта и знаменитая «формула Эйнштейна», вошедшая во все учебники физики. Именно за эту работу А. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии в !921 г. В этой работе А. Эйнштейн, в частности, писал: «Теория света, оперирующая непрерывными пространственными функциями, приводит к противоречию с опытом, когда ее будут применять к явлениям возникновения и превращения света.
Я и в самом деле думаю, что опыты, касающиеся «излучения черного телам, фотолюминесценции, возникновения катодных лучей при освещении ультрафиолетовыми лучами и другах групп явлений, свлзанных с возникновением и превращением света, лучше объясняются предположением, что энергия света распределяется по пространству дискретно.
Согласно этому сделанному здесь предположению, внергия пучка света, вышедшего из некоторой точки, не распределяется непрерывно во всевозрастающем объеме, а складывается из конечного числа локализованных в пространстве неделимык квантов энергии, поглощаемых или возникающих только целиком» 162, е. 931.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
