ДИСКРЕТНОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ОТКРЫТИЕ КВАНТА ЭНЕРГИИ
В классической физике вплоть до начала XX в. господствовало представление, что величины, которые она изучает, имеют непрерывный характер. Для описания таких величин И. Ньютоном и Г. Лейбницем были созданы дифференциальное и интегральное исчисления.
Открытие М. Планком дискретного характера излучения и поглощения энергии коренным образом изменило господствующее представление о непрерывном характере физических процессов. Изучая процесс излучения абсолютно черного тела, Планк, чтобы согласовать свои расчеты с результатами эксперимента, вынужден был вопреки своим представлениям допустить, что энергия излучается отдельными дискретными порциями. Наименьшую дискретную единицу энергии он назвал квантом, величина которого равна:
где h — фундаментальная постоянная величина, получившая впоследствии название постоянной Планка; v — частота излучения энергии.
Квант энергии обладает импульсом, величина которого определяется
формулой:
где т — масса; v — скорость.
Открытие кванта энергии нашло неожиданное подтверждение в явлении фотоэффекта и подвергло сомнению утвердившуюся в оптике теорию о свете как разновидности электромагнитных колебаний. Попытки понять и объяснить механизмы возникновения фотоэффекта с помощью волновых представлений электромагнитной теории света оказывались явно непригодными. В этой трудной ситуации А. Эйнштейн предложил рассматривать свет как поток дискретных частиц, обладающих определенной энергией, которые он назвал фотонами.
Таким образом, в учении о свете мы ясно прослеживаем смену дискретных представлений сначала непрерывными, а затем — снова дискретными. Однако при этом происходит не простая смена и отрицание прежних теорий новыми, а качественное их преобразование, в результате чего новые теории включают в свой состав позитивные моменты прежних теорий. Так, например, волновая теория света, опирающаяся на понятие непрерывности, не отбросила целиком корпускулярную теорию, основанную на идее дискретности, а стала рассматривать ее как частный, предельный случай. В еще большей мере это относится к квантовой теории света, в которой такие дискретные величины, как квант света и импульс, рассматриваются во взаимосвязи с величинами непрерывными, волновыми, какими являются частота и длина волны. Эта особенность находит воплощение в самом выражении энергии светового кванта через ее частоту: Е = hxv. Процесс развития научных представлений о свете посредством отрицания прежних дискретных представлений непрерывными, а непрерывных — дискретными в философской литературе часто рассматривается как один из примеров диалектического отрицания, известного как «отрицание отрицания» в развитии научного познания.
Для нас важно обратить внимание на то, как в процессе развития науки величины и свойства, казавшиеся ранее непрерывными, со временем становятся дискретными, или прерывными. Возникновение квантовой физики служит тому убедительным примером.
