قانون پلانک چیست؟ کوانتیده بودن انرژی تابشی

شاید در نظر اول تصور کنید که وسایل و اشیای اطرافتان هیچ نوری از خود گسیل نمی‌کنند بلکه تنها نور محیط را | بازتابش میدهند (به همین دلیل هم اشیا در تاریکی مطلق دیده نمی‌شوند. خب، این تصور چندان درستی نیست زیرا تمامی اجسام بر حسب دمایی که دارند، از خود امواج الکترومغناطیسی گسیل می‌کنند، منتها در دمای معمولی (دمای اتاق) این امواج عموما در طیف فروسرخ قرار دارند و توسط چشم مادیده نمی‌شوند.

حال چنانچه دمای اجسام را تا چندین هزار درجه سانتی گراد بالا ببریم، طول موج امواج الکترومغناطیسی گسیل شده از آنها به سوی طول موجهای مرئی جابه جا می‌شود و می‌توانیم آن‌ها را با چشم ببینیم .

فیزیکدان‌ها از اواسط قرن نوزدهم میلادی به مطالعه این تابش گرمایی اجسام و ویژگیهای آن علاقه‌مند شده بودند. به عنوان مثال آن‌ها توانسته بودند رابطه میان دمای یک جسم و طیف بسامدهایی را که به صورت امواج الکترومغناطیسی از خود تابش می‌کند به طور تجربی به دست آورند. اما هنگامی که می‌خواستند همین رابطه را بر اساس اصول ومبانی نظری الکترومغناطیس و ترمودینامیک استخراج کنند با مشکل مواجه می‌شدند؛ چراکه محاسبات مزبور نشان می‌دادند که مجموع توان انرژی تابشی گسیل شده از یک جسم با دمای معین بینهایت خواهد شد و این نتیجه محاسباتی با واقعیت تطابق نداشت.

بدین ترتیب محاسبه طیف بسامدی تابش گرمایی اجسام در اواخر قرن نوزدهم به معضلی برای فیزیکدان‌ها تبدیل شده بود تا | اینکه سرانجام فیزیکدانی به نام ماکس پلانک با مطرح کردن یک فرض جسورانه توانست این معضل را برای همیشه حل کند. فرض جسورانه پلانک این بود که امواج الکترومغناطیسی برخلاف تصور، تنها با انرژی‌هایی مشخص و ناپیوسته (یا اصطلاحا کوانتومی) که مستقیما با بسامد این امواج متناسب است گسیل و جذب می‌شوند.

پلانک باهمین فرض جسورانه خود توانست قانونی را برای توضیح طیف بسامدی تابش گرمایی اجسام به دست آورد. این قانون که اصطلاحا «قانون تابش پلانک» نامیده می‌شود، واقعیت‌های تجربی مشاهده شده درباره تابش گرمایی اجسام را به خوبی توضیح می‌دهد. فرض کوانتومی پلاک را می‌توان نخستین سنگ بنای شکل‌گیری نظریه کوانتومی دانست و به همین دلیل هم از ماکس پلانک به عنوان پدر نظریه کوانتومی یاد می‌شود.

ماکس پلانک در سال ۱۹۱۸ جایزه نوبل فیزیک را به پاس کشف کوانتیده بودن انرژی تابش الکترومغناطیسی دریافت کرد. پلانک علاوه بر اینکه یک چهره علمی و دانشگاهی برجسته و مورد احترام همگان بود، به عنوان یک شخصیت معتقد به آموزه‌های معنوی و اخلاقی نیز شناخته شده بود و شاید همین، از او شخصیتی آرام و صبور در برابر مشکلات متعددزندگی ساخته بود. همسر پلانک به واسطه بیماری سل از دنیا رفت. در طول جنگ جهانی اول یکی از پسرانش به اسارت گرفته شد. دخترش هنگام وضع حمل از دنیا رفت و سرانجام پسر دیگرش اروین نیز که پلانک علاقه خاصی به او داشت به اتهام دست داشتن در ماجرای ترور نافرجام هیتلر توسط نازی‌ها اعدام شد.

منبع: شماره 80 مجله دانستنیها