– Фотоэффект: Когда свет падает на поверхность металла, он может выбивать из него электроны. Классическая волновая теория света предсказывала, что интенсивность света (амплитуда волны) должна определять энергию выбиваемых электронов, и что при достаточно слабом свете, но достаточной интенсивности, электроны должны вылетать. Однако эксперименты показали другое:
– Пороговая частота: Электроны выбивались только тогда, когда частота света (а не его интенсивность) достигала определенного порога. Свет с частотой ниже этого порога, даже очень яркий, не мог выбить ни один электрон.
– Зависимость энергии электронов от частоты: Энергия выбитых электронов напрямую зависела от частоты падающего света, а не от его интенсивности. Интенсивность же влияла только на количество выбитых электронов.
– Мгновенность: Выбивание электронов происходило практически мгновенно, что не укладывалось в идею накопления энергии волной.
– Физическое противоречие: Волновая теория света не могла объяснить эти явления. Свет ведет себя не только как волна, но и как нечто дискретное.
– Стабильность Атома: Классическая электродинамика предсказывала, что отрицательно заряженный электрон, вращаясь вокруг положительно заряженного ядра атома, должен постоянно излучать электромагнитные волны. Потеря энергии должна была привести к тому, что электрон быстро по спирали упадет на ядро, и атом саморазрушится. Однако атомы удивительно стабильны, они существуют миллиарды лет.
– Физическое противоречие: По законам классики, вся материя должна была бы разрушиться.
Рождение Кванта: Макс Планк и Революционная Идея
Первым, кто осмелился бросить вызов классической парадигме, был немецкий физик Макс Планк. В 1900 году, работая над проблемой излучения черного тела, он был вынужден сделать совершенно экстраординарное предположение. Чтобы получить формулу, которая бы соответствовала экспериментальным данным, Планк предположил, что энергия излучается и поглощается не непрерывно, а дискретными порциями – квантами.