تابش جسم سیاه اولین نمونه از مواردی است که فیزیک کلاسیک از حل ان عاجز بود و تشریح این پدیده توسط پلانک منجر به پیدایش مفهوم نامانوس کوانتوم گردیدمفهومی که به دلیل ماهیت غیر قابل پیشبی نی و عدم قطعیتش توسط بزرگترین دانشمندان روزگار ما نیز مورد تردید قرار گرفت و پذیرفته نشد جمله معروف انشتین که خدا تاس نمی اندازد در ارتباط با این ویژگی فیزیک کوانتوم بود که بزبان اورده شد اما گذشت زمان و برسی بیشتر و بهتر پدیده های طبیعت دانشمندان منتقد این نظریه ی جادویی را مجبور به پذیرش این مفهوم کرد

اما جسم سیاه چیست ؟                

منظور فیزیکدانان از جسم سیاه الزامن جسمی نیست که سیاه رنگ باشد بلکه جسمی است که جذب کننده کامل و گسیلنده کامل انرژی باشد این جسم همه طول موجهای نوری را که به ان میتابد جذب میکند وقتی این جسم را گرم کنیم همه ی طول موجهای موجود در طیف را گسیل یا تابش میکند البته این خودش قانون کیرشهف است در طبیعت چه چیزی میتواند یک جسم سیاه باشد ؟

چیزی که بیش از هر چیز به جسم سیاه نزدیک است کره ای با یک روزنه ی کوچک است نوری که از داخل این روزنه وارد کره ی مذکور شود انقدر در دیواره های داخلی بازتابیده و توسط دیواره جذب میشود تا همه ی نور فرودی به داخل کره توسط دیواره ها جذب شود حال اگر این کره را گرم کنیم تمام طول موجهای جذب شده را گسیل میکند

خوب کجای این مساله ساز است که فیزیک کلاسیک قادر به حل ان نیست؟

برای توضیح این پدیده احتیاج به چند نمودار است که به طریق تجربی بدست امده بود یعنی محققان ان زمان وقتی تابش جسم سیاه را مورد برسی قرار دادند به نتایجی رسیدند از جمله اینکه هر چه دمای کره را افزایش میدهیم بیشترین مقدار تابش به سمت طول موجهای کوتاهتر میرود یعنی اگر ما کره را تا دمای پانصد درجه حرارت دهیم کره شروع به گسیل امواج میکند که شامل همه ی طول موجها است از امواج فرو سرخ تا نور مرئی تا امواج فرا بنفش اما اگر در این دما بیشترین مقدار تابش مربوط به نور فرو سرخ باشد در دمای بالاتری که کره را گرما میدهیم مثلن در دمای هفتصد درجه باز هم همه ی طول موجها تابش میشود اما این بار بیشترین تابش مال نور نارنجی است که طول موج کوتاهتری دارد و به همین ترتیب اگر باز هم دمای کره را افزایش دهیم این بار بیشترین مقدار تابش مربوط به امواج زرد میشود دانشمندان شروع به یافتن رابطه ای برای فهمیدن این موضوع کردند و به اصطلاح خواستند این پدیده را به زبان ریاضی در اورده و برایش فرمولی استخراج کنند اما چیزی که بدست می امد این بود که اگر ما دمای کوره را باز هم افزایش دهیم بیشترین مقدار تابش در ناحیه فرابنفش به قدری خواهد شد که اگر کسی در جلوی کره بیاستد و به ان نگاه کند این موج پر انرژی او را خواهد سوزاند و جزغاله خواهد کرد اما در عمل میدیدند که همچین اتفاقی نمی افتد

تمام تلاشها برای یلفتن رابطه ای که بتواند انچه را که اتفاق میافتد نشان دهد بی نتیجه مانده بود چرا؟

اشکال کار در پیش فرضهایی بود که برای تابش امواج از کره در هنگام گرم کردن ان میگرفتند که تمام این پیش فرضها منطبق بر قوانین مکانیک نیوتنی و مکانیک اماری ماکسول و به طور کلی فیزیک کلاسیک بود

در سال 19000 ماکس پلانک که در ان زمان فیزیکدان المانی نا شناخته ای بود تصمیم به مطالعه تابش جسم سیاه گرفت او کوشید معادله ای ریاضی به دست اورد که شکل و مکان منحنی های موجود روی نمودار توزیع طیفی را توجیه کند پلانک فرض کرد اجسام سیاه حاوی ذره های ارتعاش کننده ی ریزی در دیواره های خود هستند او انها را تشدید گر های کوچک نامید [توجه داشته باشید که نامی از اتم نیست ]به علاوه فرض کرد این تشدید گرها طبق قوانین فیزیک پذیرفته شده در ان زمان تابش را به صورت پیوسته گسیل میکنند [ یعنی اینکه این نوسانگرهای دیواره کره گرم شده در اثر ارتعاشهای خود تمامی طول موجهای موجود در طیف نور را تابش میکند از طول موجهای بلند که انرزی کمتری دارند  مانند امواج فرو سرخ تا طول موجهای متوسط مانند نور زرد که فرکانس بیشتری نسبت به نور قرمز دارد تا نورهای بنفش و فرابنفش که حاوی طول موجهای کوتاه و فرکانس بالا و در نتیجه انرژی بیشتر میباشد و همین پیوسته فرض کردن تابش توسط نوسانگرهای دیواره بود که مانع حل این مساله میشد چون با این فرض پیش بینیها ی نظری با ازمایشات تجربی همخوانی نداشت ]

همه ی این قوانین میتنی بر قانون های بنیادی مکانیک بودند که ایزاک نیوتون مطرح کرده بود اما پلانک نتوانست بر اساس این فیزیک فرمولی بدست اورد و وقتی کوشش هایش به نتیجه نرسید به این فکر افتاد که مکانیک مربوط به داخل این نوسانگرها[اتم] باید تا اندازه ای با قوانین نیوتن تفاوت داشته باشد او به فکر مطرح کردن قانونی جدید افتاد این کار جرئت زیادی میخواست چون با این کار برخی از قانونهای تثبیت شده فیزیک را به چالش میطلبید پلانک کار خود را با این فرض اغاز کرد که تشدید گرهای دیواره ی جسم سیاه انرژی را به صورت پیوسته جذب یا گسیل نمیکنند بلکه این کار به صورت گسسته صورت میگیرد[برای فهمیدن این موضوع مثالهای متفاوتی زده میشود اما مثال نردبان  و سطح شیبدار برای فهمیدن تفاوت پیوسته و گسسته تا اندازه ای گو یاتر و عینی تر از بقیه است به این صورت که برای رفتن به پشت بام میتوانیم از یک سطح شیبدار استفاده کنیم یا از یک نردبان در مورد اول میگوییم که ما میتوانیم به هر نقطه ای از سطح شیبدار که میخواهیم پایمان را بگذاریم و به بام برویم این نمونه ای از یک مورد پیوسته است اما اگر از نردبان استفاده کنیم فقط میتوانیم پایمان را روی مکانهایی که پله کان وجود دارد قرار دهیم و در فاصله ی بین پله کان ها چیزی وجود ندارد نردبان نمونه ای از مورد گسسته میباشد ]او گفت که این فرایند همواره و تدریجی نیست بلکه پلکانی است پلانک گفت که هر تشدید گر انرژی را در بسته های کوچک جذب میکند و گسیل انرژی از ان نیز در بسته های کوچک صورت میگیرد او این بسته ها را کوانتوم نامید

من خنده دار بودن نوشتن را به خنده دار بودن ننوشتن ترجیح میدهم

در کتابهای درسی نوشته شده که اولین بار دموکریت واژه اتم را به کار برد و معنای ان تقسیم ناپذیر است یعنی اگر ما ماده را به قسمتهای کوچکتر تقسیم کنیم این تقسیم نمیتواند تا ابد ادامه یابد و در جایی متوقف میشود و ما به ریز ترین واحد تشکیل دهنده ان ماده میرسیم که بیشتر از ان نمیتوانیم کار تقسیم را ادامه دهیم و ان ریزترین بخش هر ماده که دیگر تقسیم نمیشود را اتم مینامند این که دموکریت یا دموکریتوس در ان دوران چرا این مفهوم را مطرح کرده جای تامل دارد ایا پاسخی بوده به یک سوال علمی یا در راستای حل یک معضل  فلسفی بوده و چه ارتباطی با مکتب اتمیسم دارد و مکتب اتمیسم چه میگوید خودش داستان دیگری است که حتمن به ان خواهم پرداخت اما جالب است بدانیم موضوعی که ریشه ان به مکتبهای قدیمی یونان میرسد و جان دالتون شیمی دان انگلیسی از مفاهیم اتمی برای پیش گویی خواص شیمیایی عناصر استفاده میکرد همواره مورد تردید بود تا محاسبات انیشتین و ازمایشهای یک فرانسوی به نام پرن شکاکان را وادار به پذیرش وجود اتم کرد  اما چه شد که کوانتوم و به تبع ان اتم پا به عرصه علم گذاشت تقریبن در همه جا چند مورد اورده شده که به عنوان زایش فیزیک کوانتوم از ان یاد میکنند مواردی که فیزیک کلاسیک قادر به توجیه ان نبود و توصیف این چند پدیده دری از علم را به روی بشزیت گشود که هنوز هم گشوده باقی مانده است و درک بشزیت از هستی و خودش را دگرگون کرده است و اما پدیده های مذکور

1-تابش جسم سیاه و فاجعه فرابنفش

2-اثر فوتوالکتریک

3-خطوط روشن طیف نوری

در ادامه به تشریح این سه پدیده میپردازم