Kryzys fizyki klasycznej

Wiemy ze szkoły, że światło jest falą elektromagnetyczną. Wiemy też, że prędkość fal elektromagnetycznych w próżni jest stała. Prędkość ta  niezależna jest od częstotliwości promieniowania, a tym samym od długości fali. Odległe obiekty astronomiczne poznajemy jednak nie tylko dzięki sygnałom docierającym do nas w postaci światła widzialnego, ale także w postaci fal z bardzo szerokiego zakresu częstotliwości. Metody generacji (emisji), rejestracji i analizy promieniowania elektromagnetycznego zależą od  częstotliwości. promieniowania. Natura zjawisk falowych pozostaje jednak taka sama .

 Na rysunku poniżej pokazane jest widmo fal elektromagnetycznych w funkcji częstotliwości i długości fali. Zakres fal widzialnych stanowi jedynie mały jego fragment.

Rys. 10.w.1. Widmo fal elektromagnetycznych

Własności emitowanych fal zależą od sposobu ich generacji. Fale radiowe, generowane w układach wytwarzających drgania elektromagnetyczne (obwody LC), charakteryzują się określoną fazą generowanej fali. Dotyczy to także generacji fal w zakresie mikrofalowym. Fale w obszarze podczerwieni, które emitowane są wskutek chaotycznych wzbudzeń termicznych nie zachowują stałej fazy. Fale spójne w  tym obszarze widmowym mogą być jednak generowane przez lasery. Podobna sytuacja jest także w obszarze światła widzialnego. Emisja promieniowania z tego zakresu fal następuje wskutek przejść elektronowych pomiędzy pasmami energetycznymi w ciałach stałych lub przejść elektronów walencyjnych w gazach np. wskutek wzbudzeń termicznych lub pod wpływem pola elektrycznego. Kiedy przejścia te dotyczą wewnętrznych powłok elektronowych w atomach, co możliwe jest gdy elektrony wybijane są przez przyspieszone silnym polem elektrycznym cząstki naładowane, emitowane jest promieniowanie z zakresu rentgenowskiego. Promieniowanie gamma emitowane jest w przemianach  i reakcjach jądrowych.

Falowa natura promieniowania elektromagnetycznego tłumaczyła wiele zjawisk optycznych, np. interferencję światła dyfrakcję czy polaryzację. W końcu dziewiętnastego wieku panował więc dość powszechny pogląd, że fizyka jest nauką zamkniętą, że wszystkie zjawiska fizyczne są zrozumiałe i pozostaje tylko wyznaczyć nieco dokładniej niektóre stałe fizyczne, zmierzyć parametry funkcji opisujących różnego typu zależności i opracować kompendium wiedzy dobrze zrozumiałej i niezmiennej.

Na tym jasnym tle kładły się pewnym cieniem nie do końca wyjaśnione zjawiska związane z widmem promieniowania cieplnego, pojawiły się również odkrycia nowego rodzaju promieniowania, które zaczerniło kliszę w szufladzie Becquerella, i które było intensywnie badane przez  Marię Skłodowską-Curie i jej męża Pierre'a. W 1900 roku Planck ogłosił swoje wyjaśnienie kształtu widma promieniowania cieplnego zakładając naruszenie powszechnie akceptowanego prawa ekwipartycji energii i wprowadzając nieciągłość emisji promieniowania -  pokazując równocześnie znakomitą zgodność swego opisu z wynikami doświadczeń. W stabilnym świecie dziewiętnastowiecznej fizyki zaczęły pojawiać się nowe idee, które wytyczyły rozwój fizyki w dwudziestym wieku.

---