Secolul al XIX-lea a constituit perioada a ceea ce numim astazi „fizica clasica”, fizica care studiaza fenomenele direct observabile la scara noastra. Desi a avut succese rapide si stralucitoare, fizica de la sfarsitul secolului al XIX-lea suferea de boli ascunse. Avantul ei reprezenta extinderea naturala a celui al mecanicii din secolele al XVII-lea si al XVIII-lea; dar in timp ce mecanica, in forma sa originala, se baza mai mult sau mai putin explicit pe notiunea de „puncte materiale” simbolizand o structura discontinua a materiei, fizica moderna incepuse sa foloseasca din ce in ce mai mult reprezentari continue, care sa-i permita utilizarea unor ecuatii cu derivate partiale.
Optica lui Fresnel, electromagnetismul lui Maxwell, termodinamica teoretica bazata pe principiile de conservare a energiei si de crestere a entropiei faceau in intregime abstractie de orice structura discontinua a materiei sau a energiei si pareau sa excluda din fizica teoretica orice conceptie asupra discontinuului. Insa acest punct dinscontinuu nu s-a lasat asa de usor eliminat din realitatea fizica: punctul material ramanea la baza legilor experimentale ale mecanicii. Chimistii recunosteau utilitatea teoriei atomice a materiei. Legile electrolizei descoperite de Farady sugerau si ele existenta unei constructii dinscontinue a electricitatii. De asemenea, curentului general, care ii conducea pe fizicieni spre reprezentari continue ale lumii fizice, i se opunea un contra-curent: teoreticienii curajosi cautau sa reintroduca in imaginile continue, general acceptate, elemente discontinue, capabile sa le completeze si sa le scoata in evidenta sensul adevarat.
Clausius, Maxwell si mai ales Boltzmann, care au restaurat in fizica notiunile de atom si de molecula, au incercat sa construiasca teorii „cinetice” ale materiei si sa gaseasca o interpretare a principiilor abstracte ale termodinamicii si in special a notiunii de entropie.
Convins de existenta unei structuri discontinue a electricitatii, H. Lorentz a inlocuit teoria electromagnetica a lui Maxwell printr-o teorie mai fina in care interveneau, sub numele generic de electroni, sarcini electrice localizate si corpusculare.
In anii 1900 se acumulasera probe experimentale in favoarea existentei unei structuri discontinue a materiei si a electricitatii. Diverse studii au condus la ideea ca in gaze si in lichide puteau exista atomi sau grupari de atomi, ionii, care transportau sarcini electrice, reprezentand totdeauna multipli intregi ai unei unitati fundamentale.
Aparitia „radiatiilor catodice” in urma unor studii a descarcarilor in tuburile Crookes, indica in plus ca electricitatea negativa era intotdeauna transportata de mici corpusculi, extraordinar de usori, carora treptat, a inceput sa li se spuna electroni.
Discontinuitatile corpusculare jucau un rol esential si dovedeau, cu fiecare zi, ca sunt tot mai mult in concordanta cu experienta. Astfel, se schitau inceputurile unei mari schimbari in istoria fizicii: cotitura a avut loc, dar, datorita aparitiei cu totul neasteptate a cuantelor in stiinta, ea a fost mai accentuata decat se prevedea.
Triumful atomismului si aparitia cuantelor (1900 – 1912)
Chimistii se alaturau fara nicio retinere ipotezei atomice, in timp ce fizicienii adunau o serie de probe experimentale indirecte in favoarea existentei atomilor si moleculelor. Adoptand ipoteza atomica, trebuie admis ca molecula-gram dintr-un corp oarecare contine intotdeauna acelasi numar de molecule, dupa cum au demonstrat Ampere si Avogadro. Aceasta constanta a atomismului a fost cea care a constituit obiectul a numeroase determinari experimentale.
Remarcabila concordanta a determinarilor astfel efectuate, prin metode foarte diferite, aducea in sfarsit o confirmare absolut convingatoare a existentei atomilor si a moleculelor.
Teoria cinetica a materiei s-a datorat in special eforturilor lui Boltzmann si Gibbs, interpretand legile gazelor si precizand sensul profund al celui de-al doilea princpiu al termodinatmicii. Ba mai mult, a reusit sa prevada fenomene care scapau complet prevederile termodinamicii clasice, ca miscarea browniana, care reflecta la scara noastra agitatia haotica a moleculelor, sau ca fluctuatiile de energie si de densitate, puse in evidenta cu claritate prin fenomenele de opalescenta critica.
Diferite lucrari teoretice in special cele ale lui Einstein si Smoluchowski, bazate pe mecanica statistica, au furnizat teoria acestor fenomene, iar experienta, confirmand previziunile teoretice, a adus si aici probe noi si foarte importante in favoarea existentei unei structuri discontinue a materiei.
Atomistii castigasera in fata energetistilor, discontinuitatea si-a dovedit existenta nu numai in sanul materiei dupa cum au crezut si ei, ci ameninta sa se introduca si in domeniul luminii, care domnea de aproape un secol conceptia esential continua ondulatorie si, ceea ce pare si mai extraordinar, continuitatea starilor de miscare, atat de strans legata de continuitatea notiunii de spatiu si de timp, parea ea insasi pusa in pericol de aparitia cuantelor.
Originea teoriei cuantelor se gaseste in cercetarile efectuate de fizicieni asupra problemei radiatiei corpului negru. Teoreticienii au observat ca termodinamica a dat in aceasta directie tot ceea ce putea sa dea si ca, pentru a determina complet distributia spectrala a radiatiei corpului negru, trebuia efectuata o analiza a schimburilor de energie intre substanta si radiatie.
Max Planck a fost cel care s-a apucat sa studieze problema radiatiei corpului negru. A incercat din instinct sa precizeze toate caracteristicile termodinamice ale acestei radiatii nu numai prin intermediul energiei sale, ci si prin intermediul entropiei sale. Boltzmann i-a spus ca nu va obtine niciodata o teorie satisfacatoare a echilibrului intre substanta si radiatie, daca nu va introduce o discontinuitate in procesele de emisie si de absorbtie. Convins de aceasta, Planck si-a orientat cercetarile in noua directie, reusind sa gaseasca faimoasa „formula a lui Planck” care reprezinta exact distributia spectrala a radiatiei corpului negru.
Ipoteza cuantelor era foarte indrazneata, parand sa implice o discontinuitate a miscarilor posibile ale unui corpuscul intr-un camp de forte, cu totul straina conceptiei mecanice clasice. Mai mult, daca emisia prin cuante a energiei radiante se putea impaca cu ideea admisa pe atunci ca in lumina, in toate radiatiile, energia este repartizata continuu, in schimb absorbtia prin cuante parea sa implice existenta unei structuri corpusculare a energiei radiante in contradictie totala cu teoriile ondulatorii ale lui Fresnel si Maxewll.
In timp ce Planck ezita sa admita aceasta consecinta extrema a propriilor sale idei, Einstein avea sa aduca in favoarea sa un argument decisiv.
In anul 1905, Albert Einstein avea sa puna bazele teoriei relativitatii, descoperind singura explicatie valabila a misteriosului „efect fotoelectric”. Explicatia consta in a admite ca in orice radiatie de frecventa, energia este concentrata in „graunte” sau in „cuante de lumina”, numite astazi fotoni, astfel ca un metal fotoemitator pe care care o radiatie luminoasa monocromatica primeste de fapt o grindina de fotoni: daca frecventa radiatiei este suficient de mare, un electron continut in metal este capabil sa absoarba energia unui foton si sa fie expulzat in afara metalului sub forma de „fotoelectron” cu o energie cinetica care creste proportional cu frecventa.
Completand ipoteza atomica , succesul teoriei cuantelor de lumina dovedea ca discontinuitatea nu exista nu numai in structura substantei, ci si, sub forma dificil de interpretat, in structura luminii si a tuturor radiatiilor. Ba mai mult, ea parea sa se extinda intr-un mod cu totul neasteptat chiar si la miscari. In acest mod, aceasta ciudata teorie a cuantelor parea sa ii impinga pe atomisti mult peste limita la care ei ar fi dorit poate sa se opreasca.
In 1913, teoria cuantelor a cunoscut o mare victorie: ea ne-a deschis larg portile lumii atomice. Niels Bohr, un tanar fizician studiase amanuntit modelul atomului si a emis doua postulate care aveau sa aduca la adevarate succese. Bohr a putut sa explice intr-un mod remarcabil diferenta foarte mica dintre valorile ce se atribuiau constantei lui Rydberg in cazul spectrului hidrogenului si cel al heliului.
Pe la 1923, vechea teorie a cuantelor parea ca a atins limitele posibilitatilor sale explicative. Mecanica ondulatorie a permis lui W. Heisenberg sa creeze o remarcabila teorie a spectrului heliului care sa tina seama de particularitatile, pana atunci misterioase, ale acestui spectru si sa permita obtinerea directa in structura sa a unei dovezi a valabilitatii principiului lui Pauli.
Va urma.
Bibliografie: Istoria generala a stiintei, Stiinta contemporana vol. IV.
e interesant
Nu sustin ca am dreptate vreau doar sa va spun cum vad eu problema structurii atomice.Am invatat la scoala ca atomul este compus,in mare ,dintr-un nucleu in jurul caruia se rotesc electronii.Tot din fizica stim ca miscarea electronilor genereaza cimp magnetic(vezi solenoidul).Inaceasta ideearurma ca toti electronii care se rotesc in acelas sens sa se afle in acalas plan si toti electronii care se rotesc in sens contrar,daca acest lucru exista, se vor roti intr-un plan perpendicular daca nu cumva vor fi nevoiti sa-si schimbe sensul de rotatie subinfluienta cimpurilor magnetice proprii. In alta ordine de idei;daca un atom areaspectul sistemului nostru solar soarele reprezentind nucleul iar planetele electronii cum se face ca daca aplicam o forta asupra unui corp rigid atomii acastuia nu se apropie unii de altii facind astfelcorpul sa devina elastic.care este legatura intr-e atomisi de ce cind rupem un corp sistemulnu se dezechilibreaza ca structura si nici nu se reface daca punem partea rupta la loc.Acestea sunt citeva din problemele la care inca nu am primit un raspuns satisfacator.Daca cunoaste cineva aceste raspunsur ri este dispus sa le comunice ii multumesc.
Cuanta de actiune h pe baza careia s-a construit mecanica cuantica este data de produsul intre energia continuta intr-o singura unda a fotonului si durata (lungimea temporara) a fotonului. Formula exacta de definitie a lui h pleaca de la relatiile energetice ale procesului de anihilare electron-pozitron.
h=(k*Qe^2)/(Re*Ffae). Unde K este constanta interactiunilor electrice K=9*10^9 [(N*m^2)/(Kg^2)], Qe este sarcina electrica elementara Qe= 1,602*10^-19 C, Re este raza clasica a electronului Re=2,81743*10^-15 m, iar Ffae este frecventa fotonului gama de la anihilarea electronului cu pozitronul
Ffae=1,23726*10^20 Hz.
Lumina respectiv fotonul=cuanta de lumina este un relief electromagnetic care luneca hidrodinamic prin spatiul fizic materializat de oceanul eteric. Propulsia structurii dinamice a fotonului este produsa de forta electromagnetica, forta ce apare din interactiunea fiecarui curent transversal, cu campul magnetic produs de curentul din urma. Forta electromagnetica este un efect hidrodinamic de tip Magnus in eter. Se gaseste ca forta electromagnetica este la egalitate cu forta de inertie a fiecarei unde a fotonului. La fel puterea electromagnetica a fiecarei unde este egala cu puterea mecanica. Prin aceasta structura dinamica a fotonului, care este purtatoare de masa, impuls, energie cinetica, se comporta (se manifesta) ca o particula. In spatiul vid nu poate functiona mecanismul undelor, care cere transformarea succesiva a unei forme de energie in alta. Fiindca spatiul fizic materializat de oceanul eteric, nu are densitate, nu are inertie, nu are coeziune, nu are elasticitate. Situatia poate fi comparata cu cazul unui disc de pikup care fiind in rotatie pune in vibratie acul dozei, fara ca pe disc sa existe vre-o vibratie. La interactia luminii cu substanta, prin fenomenul inductiei electromagnetice, sarcinile electrice din sanul substantei sunt puse in vibratie si asta face sa apara ca lumina ar fi vibratie. Aceasta structura dinamica a fotonului, de tipul motorului electric liniar, explica simplu si dualismul unda corpuscul, si lipsa retroradiatiei si sinfazarea in timp a campului electric cu cel magnetic, si nasterea particulelor din fotoni si nasterea fotonilor din particule si este compatibila cu aspectele specifice undelor ca difractie, interferenta, polarizare s.a.