by 
Δημοσιεύτηκε από το χρήστη Δημήτρης Β στις 6 Ιούνιος 2014 στις 16:57 στην κατηγορία Θέματα Φυσικής
Ο PLANCK ΚΑΙ ΤΑ ΚΒΑΝΤΑ ΦΩΤΟΣ
Πριν μερικά χρόνια είχε ζητηθεί στις πανελλαδικές εξετάσεις της Φυσικής Γ. Π. η αντιστοίχιση της έννοιας του φωτονίου με το όνομα του Planck. Φέτος στο Α1 ερώτημα των θεμάτων διαβάζουμε ότι ‘ο Planck εισήγαγε την θεωρία των κβάντα φωτός’ κτλ .Βεβαίως αυτά είναι σε συμφωνία με το σχολικό βιβλίο. Στην πραγματικότητα όμως ο Planck την αποχή εκείνη δεν συμφωνούσε με την ιδέα των κβάντων φωτός (τα οποία αργότερα ονομάστηκαν φωτόνια από τον Αμερικανό χημικό Lewis ) Η έννοια των κβάντων φωτός οφείλεται στον Einstein. Στο έγκυρο βιβλίο του Max Jammer, The Conceptual Development of Quantum Theory σελ. 43 υπάρχουν τα ακόλουθα
Incidentally, there exists an interesting document which ostensibly puts on record the reaction toward Einstein’s notion of light quanta, prior to Millikan’s final empirical confirmation of the photoelectric equation, on the part of Germany’s most prominent physicists. To ensure the election of Einstein on June 12, 1913, to membership in the Prussian Academy of Science, in replacement of the recently deceased J. H. van’t Hoff, the noted Dutch physical chemist and first Nobel laureate in chemistry, four of the most eminent German physicists, Planck, Warburg, Nernst, and Rubens, submitted to the Prussian Ministry of Education a petition in which they recommended Einstein for this vacancy. In this signed document they described Einstein’s work on the special theory of relativity, his contributions to the quantum theory of specific heats which we shall discuss in the next section and his treatment of the photoelectric and photo-chemical effects. In concluding their recommendation, they declared: ‘Summing up, we may say that there is hardly one among the great
problems, in which modem physics is so rich, to which Einstein has not made an important contribution That he may sometimes have missed the target in his speculations, as, for example in his hypothesis of light quanta cannot really be held too much against him, for it is not possible to introduce fundamentally new ideas, even in the most exact sciences, without occasionally taking a
risk’. It is instructive to compare this assessment of Einstein’s work on light quanta with its evaluation at a later period as for example, with K. T. Compton’s description of it as “a contribution to physical theory certainly comparable in importance, and thus far more useful in its applications than his more impressive and wider publicized general theory of relativity
Η υπόθεση του Planck ήταν ότι η ενέργεια των ταλαντωτών της ύλης είναι κβαντισμένη οπότε η ακτινοβολία που εκπέμπουν ή απορροφούν έχει ενέργεια που είναι ακέραιο πολλαπλάσιο μιας ελάχιστης ποσότητας (κβάντο ενέργειας) . Ο Einstein πρότεινε κάτι πολύ πιο δραστικό και επαναστατικό. Σύμφωνα με την θεωρία του η ενέργεια ακτινοβολίας που διαδίδεται δεν έχει συνεχή κατανομή στο χώρο. αποτελείται από εντοπισμένους ‘κόκκους’ ενέργειας (κβάντα φωτός) .
Δυστυχώς το σχολικό βιβλίο δίνει την εντύπωση ότι η συνεισφορά του Einstein στην κβαντική θεωρία περιορίζεται στην εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου με βάση την ‘θεωρία του Planck’.
ΔημήτρηςΒλάχος
Απαντήσεις σε αυτή τη συζήτηση
Απάντηση από τον/την Θοδωρής Βαχλιώτης στις
-
Δημήτρη γεια. Θα ήθελα να εξηγήσεις λίγο καλύτερα τη συνεισφορά του Einstein. Δεν αντιλαμβάνομαι τη διαφορά από αυτό που ανέφερε ο Planck. Εγώ έχω στο μυαλό μου ότι η συνεισφορά του Einstein ήταν ότι μίλησε γενικότερα για την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (φως) και όχι μόνο για τη θερμική ακτινοβολία και ότι εστίασε στην αλληλεπίδραση ενός κβάντου με ένα ηλεκτρόνιο για την ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Αν μπορείς δώσε μου με λίγο πιο κατανοητό τρόπο τη διαφορά σε σχέση με αυτό που είπε ο Planck…
Απάντηση από τον/την Δημήτρης Β στις
-
Καλημέρα Θοδωρή , καλημέρα σε όλους
Σύμφωνα με τον Planck η κβάντωση αφορά μόνο την αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με την ύλη και έχει σχέση με το ότι οι ταλαντωτές που εκπέμπουν και απορροφούν την ακτινοβολία είναι κβαντισμένοι και δεν μπορούν να έχουν οποιαδήποτε τιμή ενέργειας. Η ακτινοβολία πριν την απορρόφηση ή μετά την εκπομπή της είναι συνεχής. Για τον Einstein όμως η ακτινοβολία η ίδια (ακόμα και όταν διαδίδεται στον κενό χώρο) είναι κβαντισμένη δηλαδή δεν έχει συνεχή κατανομή στο χώρο (έχει μια ‘κοκκώδη’ υφή)
Το ότι ο Einstein πρότεινε κάτι εντελώς διαφορετικό από την υπόθεση του Planck φαίνεται νομίζω καθαρά στο απόσπασμα του Jammer που παρέθεσα , σύμφωνα με το οποίο ο Planck και άλλοι εξέχοντες Γερμανοί Φυσικοί θεωρούσαν άστοχη την υπόθεση του Einstein για τα κβάντα φωτός.
Δημήτρης Βλάχος
Απάντηση από τον/την Γκενές Δημήτρης στις
-
Καλημέρα.
Αν και
Η ιστορία είναι πολύ πιο πολύπλοκη και τα ερωτήματα ποιος; πού ; και πότε έκανε πρώτα την υπόθεση της κβάντωσης δεν φαίνεται να απαντιέται ή και να απαντηθεί ( Boltzmann πρώτη δημοσιευμένη αναφορά 1877 ) δεν είναι που θα καθορίσει την συνεισφορά του κάθε επιστήμονα στην ανατροπή της κυματικής αντίληψης για το φως ( 1896-1913 )
Ωστόσο Δημήτρη έχεις απόλυτο δίκιο για την λανθασμένη εντύπωση που αφήνει το βιβλίο αλλά και στις παρατηρήσεις σου
Ακόμα και μετά την δημοσίευση της εργασίας του A. Einstein (1905 ) με την ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου ο Μ.Planck προσπαθούσε να αποφύγει με κάθε τρόπο ότι φαίνεται να στηρίζει “τα δικά του κβάντα φωτός” . Έτσι το 1906 ο M.P. προσπαθεί να αποφύγει τον όρο “κβάντο Ενέργειας” του Α.Ε. αντιτάσσοντας τον όρο “ποσότητα δράσης” επιμένοντας στην στατιστική περιγραφή μέσων τιμών και όχι μέγιστων ενεργειών… ακόμα και μέχρι το 1911 προσπαθούσε να αξιοποιήσει την εργασία του 1903 μαζί με τον Rubens πάνω στο υπέρυθρο φάσμα για να ταυτοποιήσει τις παραμέτρους κλασικής και κβαντικής φυσικής κάτι που οδήγησε σε αυτό που αργότερα ονόμασε ο Bohr αρχή της αντιστοιχίας …
Το 1911 ήταν η καθοριστική παρέμβαση στο Solvey του ο Α.Ε. που πείθει τον Μ.P. αναγκάζοντάς τον να παραδεχτεί ότι : “…μόνη δυνατή εξήγηση αυτών των περίεργων γεγονότων φαίνεται πως είναι ότι η ενέργεια που ακτινοβολείται από την φωτεινή πηγή , όχι μόνο για όλο τον χρόνο αλλά επίσης και σε ολόκληρο τον χώρο, παραμένει συγκεντρωμένη σε ορισμένα πακέτα ή με άλλα λόγια … παραμένει συγκεντρωμένη σε κάποια καθορισμένα κβάντα, τα οποία εξαρτώνται από το χρώμα και κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός ”
Αξίζει να διαβάσει κανείς την σελίδα της wikipedia για τον M.Planck …
ή ακόμα καλύτερα το βιβλίο “Όψεις της Φυσικής θεωρίας” Μ.Planck Εκδ:Κάτοπτρο
( απ΄όπου άντλησα και μερικά στοιχεία )
Στο βιβλίο αυτό μέσα από τις διαλέξεις του ίδιου του Μ.Planck φαίνεται ή τεράστια σύγχυση που είχαν προκαλέσει στον συντηρητικό Μ.P. ακόμα και οι δικές του δημοσιεύσεις αλλά και η πίστη του στο αλάνθαστο κριτήριο εγκυρότητας , το πείραμα .
Αξίζει να σημειωθεί ότι σε αυτές τις διαλέξεις που γράφτηκαν σίγουρα μετά το 1918 ο επίλογος για το φως είναι : “Έτσι λοιπόν η παρούσα διάλεξη περί των γνώσεών μας για την φύση του φωτός από την άποψη της φυσικής δεν τελειώνει με μια υπερήφανη διακήρυξη αλλά με ένα συνεσταλμένο ερώτημα . Στην πραγματικότητα, το εν λόγω ερώτημα κατά πόσον οι φωτεινές ακτίνες αποτελούνται καθ΄εαυτές από κβάντα ή κατά πόσον τα κβάντα υπάρχουν μόνο μέσα στην ύλη, είναι το κύριο και δυσκολότερο δίλημμα εμπρός στο οποίο η κβαντική θεωρία αμφιταλαντεύεται. Η απάντηση στο συγκεκριμένο ερώτημα θα αποτελέσει το πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση της περαιτέρω πρόοδου.”
Υ.Γ. Στο βιβλίο αυτό θεωρώ εκπληκτική την συνοπτική περιγραφή των επιστημονικών εργασιώντου Μ.P. στον πρόλογο του Μεταφραστή ( επιμελητή ) Γιώργου Κατσιλιέρη -όχι επειδή είναι φίλος-. Προτείνεται
Απάντηση από τον/την Δημήτρης Β στις
-
Δημήτρη συμφωνώ ότι και το άρθρο της Wikipedia (μόλις το διάβασα) και το βιβλίο που αναφέρεις είναι εξαιρετικά. Επειδή νομίζω ότι σ’ ενδιαφέρει η ιστορία της Φυσικής θα ήθελα την γνώμη σου για κάτι άλλο που αναφέρει το σχολικό βιβλίο για το φως (σελ.13). Είναι δυνατόν ο Νεύτων να έχει ‘διατυπώσει με βάση την αρχή διατήρησης της ενέργειας (και της ορμής) τον νόμο της ανάκλασης του φωτός’; Ήταν γνωστή η έννοια της ενέργειας και η διατήρησή της την εποχή του Νεύτωνα;
Απάντηση από τον/την Γκενές Δημήτρης στις
-
Δημήτρη
Δεν το είχα προσέξει … μάλλον συντελούσα στην αναπαραγωγή μιας …διαστρέβλωσης…
Ασφαλώς και δεν είχε χρήση κάποια έννοια “Ενέργεια” στα χρόνια του Νεύτωνα .
Ακόμα και ο πρόγονός της η vis viva του Leibnitz … δημιουργούσε τεράστια αλλεργία στον Ισαάκ …
Για νόμους διατήρησης ούτε λόγος … – κάποιες διατυπώσεις διατήρησης της ορμής (momentum) από τον DesCartes στην μελέτη των κρούσεων-
Αλλά ο Νεύτων νομίζω ότι όντως κάπου μελετούσε την ανάκλαση ακτίνας φωτός σαν παράδειγμα γενίκευσης της ερμηνείας από πρόσκρουση σε επιφάνεια και κάθετη δύναμη ( ώθηση ) από αυτό … νομίζω στα Principia , αλλά πρέπει να το ψάξω γιατί δεν το θυμάμαι αυτό σίγουρα.
Σίγουρα στην Οπτική του -πολύ αργότερα – παραθέτει εξ αρχής τους νόμους της κατοπτρικής ανάκλασης σαν αξίωματα ( μάλλον ως προτάσεις άμεσα επαγόμενες από την εμπειρία ) .
Επίσης αυτό που θυμάμαι είναι ότι στο 3ο βιβλίο της οπτικής προσπαθεί με βάση την ανάλυση της ολικής ανάκλασης φωτεινής ακτίνας που ΔΕΝ εξέρχεται από γυαλί ή νερό …να στηρίξει την σωματιδιακή αντίληψη για το φως και …
Μου βάζεις δουλειά για το καλοκαίρι.
Να ‘σαι καλά.
Απάντηση από τον/την Δημήτρης Β στις
-
Δημήτρη είναι πολύ ενδιαφέρουσες οι επισημάνσεις σου.
