فیزیک کلاسیک, دنیایی به ظاهر مطمئن
اگر به 200 سال پیش برگردیم دو رشته از علم به شدت مورد توجه و علاقه دانشمندان و پژوهشگران بودند و کسی در درستی نتایج آن ها ذره ای شک نداشت؛ یکی ترمودینامیک و دیگری فیزیک کلاسیک. این فیزیک کلاسیک خودش در شاخه های مختلفی مثل مکانیک, الکترومغناطیس و … تعریف می شد و در هر زیر شاخه قوانین انکار نشدنی حکومت می کردند. اسحاق نیوتون را پدر فیزیک کلاسیک می دانند.
برای مثال اگر بخواهم به موفقیت ها و دستاورد های شگفت انگیز مکانیک کلاسیک اشاره کنم باید بگویم که وجود سیاره پلوتو قبل از اینکه توسط تلسکوپ ها اثبات شود, توسط ریاضیات حاکم بر فیزیک کلاسیک پیش بینی شده بود. یا مثلا باید بگویم که در هر مشاهده و بررسی روزانه و متداول ما از سطح میکرو متری گرفته تا بررسی خوشه های کهشکانی, فیزیک کلاسیک به طور دقیق کار می کند.
پس مشکل کجاست؟
مشکل دقیقا از جایی شروع شد که کسی باور نمی کرد. در سال 1900 میلادی اولین شکاف ها در دیوار مستحکم فیزیک کلاسیک دیده شدند و همه توجه ها را به سوی خود جلب کردند.
تابش جسم سیاه, منطقی به نظر نمی رسد!!!
برای تصور جسم سیاه یک سوراخ در دیواره یک توپ را در نظر بگیرید. ابه طوری که داخل توپ کاملا دوده زده باشد. وقتی نور به درون این توپ می تابد. منظورم از نور هر تابش الکترومغناطیسی است. اتم های موجود بر دیواره این توپ شروع به نوسان می کنند و نور ورودی را جذب می کنند. پس از اندک زمانی این انرژی دریافت شده را با ایجاد یک موج الکترومغناطیس جدید به محیط برمی گردانند.
اگر تنها راه دریافت انرژی همین یک سوراخ کوچک باشد. و نور مداوم از این سوراخ وارد توپ شود؛ پیش بینی می شود که چگالی انرژی درون توپ به صورت تصاعدی افزایش یابد. از طرف دیگر, پیش بینی می شود که با افزایش شدت نور ورودی, این پدیده تشدید شده و چگالی انرژی درون توپ به مقادیر بالاتری دست پیدا کند. اما در واقعیت و زمانی که این آزمایش را در یک آزمایشگاه مجهز انجام دهید, نتیجه اصلا این شکلی نیست.
آنچه مشاهده می شود به صورت یک منحنی است که در یک نقطه به حداکثر می رسد و دوباره نزولی می شود. یعنی یک میزان معینی برای دریافت انرژی در درون توپ وجود دارد و بیش از آن امکان پذیر نیست. به عبارت دیگر با افزایش شدت نور ورودی به توپ, میزان جذب آن توسط دیواره ها افزایش نمی یابد. بلکه تا جایی ادامه می یابد و زیاد می شود؛ اما پس از آن دیگر هر چقدر شدت را زیاد کنیم, جذب انرژی زیاد تر نمی شود.
این پدیده شدیدا حیرت انگیز بود, اولین بار بود که فیزیک کلاسیک اشتباه می کرد. ماکس پلانک سال های زیادی را صرف مطالعه بر روی این پدیده کرد و سر انجام موفق به کشف راز آن شد اما پلانک اولین کسی نبود که با این موضوع مواجه می شد. کسان دیگی نیز پیش از او با این موضوع برخورد کرده بودند اما پلانک اولین کسی بود که راه حلی ارائه کرد.
پیشنهاد پلانک عجیب و جالب بود؛ او گفت بیایید فرض کنیم که اتم های درون توپ, هر کدام در میزان معینی از فرکانس ها اجازه ارتعاش دارند و هر فرکانس دلخواهی را نمی توانند داشته باشند. این اولین فرض کوانتومی بود که پا به دنیای فیزیک گذاشت.
هر اتم تنها می تواند در مقادیر معینی از فرکانس ها ارتعاش کند.
