Донимательная физика

В 10-е гг. XX века появились сообщения о серии эксперимен­тов П.Н.Лебедева, в которых было обнаружено давление световых «волн» на твердые тела и газы [26]. Так в оптике возник первый парадокс: одни опыты показывают, что свет распространя­ется лучами; другие эксперименты приводят к утверждению, что свет – волна; из третьих опытов следует, что свет со­стоит из частиц. То есть экспериментальные исследования вскрыли противоречивость представлений о природе световой субстанции, возникших в ходе развития оп­тики.

Суть следующей неувязки в мышлении физиков также лежит в области явле­ний, связанных с излучением. Исследуя тепловое излучение тел, в 1862 году Г.Кирхгоф предложил идею равновесия между поглощением и испусканием электромагнитной энергии «абсолютно черным» телом (а.ч.т.), например сажей [27, cc. 10 – 11]. Иначе бы оно быстро или нагревалось, или остывало до катаст­рофических температур, чего нет в действительности. Известно, что так называемое тепло­вое излучение – это электромагнитное излучение в инфракрасном, невидимом диапазоне, которое свойственно физическому телу. В равновесии, независимо от его температуры, «черное» тело только поглощает па­дающие на него все лучи без разбора (белый шум, см. ссылку выше), не отражая их, и излучает энергии столько, сколько поглотило, причем спектральный состав и плотность испускаемого излучения уже зависят от температуры сажи. Это значит, что внутри абсолютно черной сажи падающее излучение «переформатируется» и устремляется вон из неё в преображенном виде. Этот вывод сразу же следует из начальных определений а.ч.т.

Итак, интенсив­ность излучения имеет спектральную характеристику, то есть зависит от частоты (или длины) испускаемых волн. Был установлен закон для интенсивности излуче­ния а.ч.т.: закон Рэлея – Джинса, вывод которого основан на «классических» представлениях о световой (электромагнитной) субстанции, непрерывно воздействующей на вещество. Но за­кон Рэлея – Джинса приводил к «ультрафиолетовой катастрофе»: вместо распределения из­лучения по частотам, подобного распределению молекул газа по скоростям Дж. Максвелла (очень большие и очень малые скорости невероятны – подобно нормальному закону в теории вероятностей), формула этого закона обещала расходимость при больших частотах. То есть тело вспыхивало и исчезало, излучившись в окружающую среду. Но нет, сажа как лежала, так и лежит.

Чтобы «спасти» тело и «честь мундира» на нем, в 1900 году М. Планк выдвинул гипотезу, согласно которой электромагнитная энергия излучается не непрерывно, а порциями, или квантами, пропор­циональными некоторой величине h: ? = h?, где ? – частота кванта излучения. Благодаря этой гипотезе М. Планк вывел формулу, как-то согласующуюся с опытными данными по спектральному составу излучения «абсолютно черного» тела и, главное, не допускающую математической бесконечности. Ввод постоянной Планка h в физику электромагнитного излучения ознаменовал переход науки на новый и, как казалось, са­мый фундаментальный и самый последний уровень дискретности по сравнению с кинетиче­ской теорией газов. Сладкая метафизическая мечта о законченности познания с обнаруже­нием последнего «кирпичика» мироздания приобрела очертания «абсолютно твердого» да­моклова меча, нависшего над мышлением механистических квантистов в виде «неделимой и непоколебимой» постоянной h. Физики вздохнули с облегчением, на время сохранив тело и «мундир».