История лазера. Научное издание
Шрифт:
Рис. 13. Кривые, данные для указанных температур (в К), показывают (в произвольных единицах) интенсивность испускаемого излучения, как функцию длины волны (к), выраженной в микрометрах (мкм). Простой взгляд показывает, что при увеличении температуры увеличивается испускаемая интенсивность, и ее максимальное значение сдвигается в сторону более коротких длин волн
Ртот закон, названный законом смещения Р’РёРЅР°, гласит, что произведение длины волны, РЅР° которую приходится
Макс Планк и закон черного тела
В то время как Физико-технический институт становился все более вовлеченным в абсолютные измерения излучения черного тела, в июне 1896 г. Вин покинул Берлин, чтобы стать профессором Высшей технической школы в Аахене. К счастью, Макс Планк, который заместил Густава Кирхгофа в качестве профессора теоретической физики в Берлинском университете, стал теоретиком резидентом для экспериментаторов Физико-технического института, которые работали с излучением черного тела.
Макс РСЂРЅСЃС‚ Людвиг Планк родился 18 апреля 1858 Рі. РІ Киле РІ семье профессора права, который позднее переехал РІ Мюнхен, РіРґРµ Макс Рё поступил РІ университет. Позднее РѕРЅ так РѕР±СЉСЏСЃРЅСЏР» СЃРІРѕР№ выбор: Внешний РјРёСЂ является чем-то независимым РѕС‚ человека, чем-то абсолютным, Рё РїРѕРёСЃРє законов, относящихся Рє этому абсолюту, представлялся РјРЅРµ как высшая цель моей жизни. Позднее РѕРЅ вспоминал, что РєРѕРіРґР° РІ школе РѕРЅ узнал принцип сохранения энергии, РјРѕР№ СѓРј жадно Рё как откровение РІРѕСЃРїСЂРёРЅСЏР» этот первый известный РјРЅРµ закон, который РјРѕРі иметь универсальную Рё абсолютную значимость, независящую РѕС‚ действия человека. Термодинамика оставалась его любимой темой исследований, начатых РІ его диссертации, Рё его успехи РІ этой области привели его Рє назначению РІ 1889 Рі. профессором Берлинского университета как приемника Кирхгофа, который скончался незадолго РґРѕ этого.
После получения значительных результатов, некоторые из которых мы вкратце позже обсудим, Планк вышел в отставку. Он был наиболее значимой личностью в немецкой науке, в нем было заинтересованно новое немецкое руководство. У Планка же было осторожное отношение нацистскому правительству, но он не протестовал публично против преследования еврейских ученых, рассматривая это как временную глупость администрации.
В 1933 г. он обсуждал это с Гитлером, видя, что расистские законы подрывают немецкую науку. Ответ
Р’ личной жизни Планк был очень несчастлив. Р’Рѕ время Первой РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹ РѕРЅ потерял сына, Р° позднее РІ 1917 Рі. Рё 1919 Рі. умерли РІ детском возрасте его дочери. Р’Рѕ время Второй РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹ РѕРЅ наблюдал крушение своей страны, его РґРѕРј был разрушен бомбардировкой, Р° его сын РСЂРІРёРЅ был казнен РІ 1945 Рі. РїРѕ обвинению РІ участии покушения РЅР° Гитлера РІ 1944 Рі. Планк скончался РІ Гёттингене РІ 1947 Рі.
Как мы говорили, в Физико-техническом институте проводились прецизионные измерения универсальных констант и функций, в частности функции распределения черного тела, и Планк тесно сотрудничал с физиками, производящих эти измерения. Он решил заняться проблемой обоснования закона Вина, используя только соображения термодинамики и электродинамики, и в период 18971899 гг. опубликовал пять работ на эту тему. Основа его метода заключалась в предположении, что стенки полости можно представить как ансамбль гармонических осцилляторов, в которых заряды совершают колебательные движения (несколько ранее Герц продемонстрировал, что такие осцилляторы способны испускать электромагнитные волны), и в полости устанавливается равновесие между испускаемым и поглощенным излучением.
После критических обсуждений с Больцманом, который указал на неточности, Планк получил простое соотношение между средней энергией осциллятора Герца и распределением черного тела, основываясь на этих гипотезах. В мае 1899 г. он представил Прусской Академии свои результаты обоснования закона Вина, которые получались на основе особых термодинамических свойств осцилляторов, а именно их энтропии. Планк, как он объяснял позднее, не выводил закон Вина из независимых расчетов энтропии осцилляторов, но использовал закон Вина, чтобы получить ту энтропию, которую должны иметь осцилляторы, проверяя, что это выражение не противоречит законам термодинамики. Он поступил так, поскольку в то время казалось, что закон Вина прекрасно согласуется с имеющимися экспериментальными данными.
Закон Рэлея
Рљ концу 1899 Рі. были проведены более точные измерения РІ области более длинных волн, которые показали, что РІ этой области закон Р’РёРЅР° уже несправедлив. Р’ РёСЋРЅРµ того же РіРѕРґР° лорд Рэлей (который был РїСЂРё рождении Джоном Вильямом Стрэтгом (1842-1919)) опубликовал вывод закона распределения РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ лишь электромагнитных представлений. РР· него следовало, что интенсивность излучения пропорциональна температуре.
Р РѕРґ Стрэггов вел СЃРІРѕРµ начало РѕС‚ Джона Стрэтга (умер РІ 1694 Рі.), мельника РёР· Рссекса, чьи потомки стали членами Парламента. Джозеф Стрэтт отличился РІ РІРѕР№РЅРµ СЃ Наполеоном Рё был пожалован королем Георгом III РІ бароны. РћРЅ отклонил переложенную ему честь стать РїСЌСЂРѕРј, Рё оставить СЃРІРѕРµ место РІ Палате Общин. Вместо этого РѕРЅ РїРѕРїСЂРѕСЃРёР» чтобы его жена, леди Шарлота, дочь первого герцога Лестера, стала баронессой. Название маленького РіРѕСЂРѕРґРєР° Рэлей было выбрано РІ качестве титула просто РёР·-Р·Р° красивого звучания. После смерти своей матери Джон Джеймс Стрэтт (17961873) стал РІ 1836 Рі. вторым бароном, Р° его старший РёР· шести сыновей Джо Вильям Стрэтт третьим бароном.