Tip:
Highlight text to annotate it
X
Πώς προέκυψε η κβαντική θεωρία;
Ξεκίνησε, όχι σαν μια τρελή ιδέα, αλλά με μια λάμπα. Στις αρχές του 1890, ο Γερμανικός
Οργανισμός Τυποποίησης ρώτησε τον Μαξ Πλάνκ πώς να κάνουνε τις λάμπρες πιο αποδοτικές έτσι ώστε να
δίνουν το μέγιστο δυνατό φως με τη λιγότερη δυνατή ηλεκτρική ενέργεια.
Η πρώτη δουλειά που έπρεπε να κάνει ο Πλανκ ήταν να προβλέψει πόσο πολύ φως δίνει το ζεστό σύρμα της λάμπας.
Ήξερε ότι το φως αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα, με διαφορετικά χρώματα φωτός να μεταφέρονται
από κύματα διαφορετικών συχνοτήτων. Το πρόβλημα ήταν να εξασφαλίσει ότι το περισσότερο δυνατό φως
δινόταν από ορατά κύματα και όχι από υπεριώδη ή υπέρυθρα.
Προσπάθησε να ανακαλύψει πόσο πολύ φως από κάθε χρώμα μπορούσε ένα ζεστό αντικείμενο να εκπέμψει, αλλά
οι πρόβλέψεις του που βασίζονταν στην ηλεκτομαγνητική θεωρία συνεχώς "διαφωνούσαν" με τα πειράματα.
Αντί αυτού, έκανε αυτό που αργότερα ονόμασε "πράξη απόγνωσης", "πέταξε" την υπάρχουσα θεωρία
έξω από το παράθυρο και δούλεψε αντίθετα, ξεκινώντας από τις πειραματικές μετρήσεις. Τα στοιχεία του έδειξαν ένα νέο
κανόνα της φυσικής: τα κύματα του φωτός κουβαλάνε ενέργεια μόνο σε πακέτα, με το φως μεγάλης συχνότητας να
αποτελείται από μεγάλα πακέτα ενέργειας ενώ το φως μικρής συχνότητας από μικρά πακέτα
ενέργειας.
Η ιδέα ότι το φως έρχεται σε πακέτα, ή "κβάντα", μπορεί να ακούγεται τρελή, και ήταν εκείνη τη στιγμή, αλλά
ο Αϊνστάιν σύντομα το συνέδεσε με ένα πολύ πιο γνωστό πρόβλημα: αυτό της μοιρασιάς.
Αν θες να κάνεις ένα παιδί χαρούμενο... δώσ' του ένα μπισκότο! Αλλά αν είναι δύο τα παιδιά, και εσύ
έχεις ένα μόνο μπισκότο, θα μπορείς να τα ευχαριστήσεις μόνο με το μισό. Και άμα είναι
τέσσερα, ή οχτώ, ή ένα εκατομμύριο εξακόσιες χιλίαδες, δεν πρόκειται να τα χαροποιήσεις και πολύ
αν πρέπει να μοιραστούν μεταξύ τους το μπισκότο.
Όντως, αν έχεις ένα δωμάτιο με άπειρα πολλά παιδιά αλλά όχι εξίσου άπειρα μπισκότα,
αν μοιράσεις το μπισκότο εξίσου, το κάθε παιδί θα πάρει ένα απειροελάχιστο ψίχουλο, και
κανένα από αυτά δεν θα ευχαριστηθεί. Και πάλι θα έχουν φάει και όλα σου τα μπισκότα.
Η διαφορά με τα κύματα φωτός και τα παιδιά είναι ότι δεν μπορείς στην πραγματικότητα να έχεις άπειρα
πολλά παιδιά σε ένα δωμάτιο.Αλλά επειδή τα κύματα φωτός έρχονται σε διάφορα μεγέθη, μπορείς αυθαίρετα να έχεις
μικρά κύματα φωτός, έτσι ώστε να μπορείς να χωρέσεις άπειρα πολλά μέσα σε ένα δωμάτιο. Και τότε τα κύματα φωτός
θα κατανάλωναν όλα σου τα μπισκότα… εννοώ, την ενέργεια.
Στην πραγματικότητα, όλα αυτά τα απειροελάχιστα κύματα μαζί θα είχαν άπειρη χωρητικότητα να απορροφήσουν
ενέργεια, και θα απορροφούσαν όλη τη θερμότητα από ό,τι έβαζες μέσα στο δωμάτιο… στην στιγμή
θα πάγωνε το τσάι στην κούπα σου, ή ο ήλιος, ή ακόμα και ένα σουπερνόβα.
Ευτυχώς, το σύμπαν δεν λειτουργεί κατ΄αυτόν τον τρόπο… επειδή, όπως υπέθεσε ο Πλάνκ, τα μικροσκοπικά
κύματα υψηλής συχνότητας μπορούν να μεταφέρουν ενέργεια σε μεγάλα πακέτα. Είναι όπως τα ιδιότροπα παιδάκια που θα
δεχτούν μόνο τριάντα εφτά μπισκότα ακριβώς, ή δέκα εκατομμύρια εξήντα δύο χιλιάδες μπισκότα,
ούτε λιγότερα ούτε περισσότερα. Επειδή είναι τόσο επιλεκτικά, τα ιδιότροπα κύματα υψηλής συχνότητας χάνουν
και και η περισσότερη ενέργεια μεταφέρεται από πακέτα χαμηλότερης συχνότητας που είναι πρόθυμα να μοιραστουν.
Αυτό κοινώς, η μέση δηλαδή ενέργεια που μεταφέρουν τα πακέτα, είναι στην πραγματικότητα αυτό που εννοούμε
"θερμοκρασία."
Έτσι μεγαλύτερη θερμοκρασία απλά σημαίνει μεγαλύτερη μέση ενέργεια, και έτσι από τον κανόνα του Πλάνκ,
εκπέμπεται μεγαλύτερη συχνότητα φωτός. Γι' αυτό και όταν ένα αντικέιμενο γίνεται όλο και πιο ζεστό εκπέμπει πρώτα
υπέρυθρο, μετά κόκκινο, κίτρινο, λευκό; όλο και πιο ζεστό πάει προς το μπλε, βιολετί, υπεριώδες…
και πάει λέγοντας.
Συγκεκριμένα, η κβαντική θεωρία του Πλάνκ για το φως μας λέει ότι τα σύρματα στις λάμπες πρέπει
να θερμαίνονται σε θερμοκρασία μέχρι 3200 Κέλβιν για να διασφαλιστεί ότι το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που εκπέμπεται
είναι ορατά κύματα - πιο ζεστό, και θα αρχίσουμε να μαυρίζουμε από το υπεριώδες φως.
Βασικά, η κβαντική φυσική ήταν μπροστά στα μάτια μας πολύ πριν τις λάμπες
και τα κρεβάτια μαυρίσματος: οι άνθρωποι ανάβουν φωτιές για χιλιετίες, με το χρώμα από τις
φλόγες να συλλαβίζει "κβάντα" όλο αυτόν τον καιρό.