HISTORIE DO VZNIKU KVANTOVÉ FYZIKY

Prezentace na téma: "HISTORIE DO VZNIKU KVANTOVÉ FYZIKY"— Transkript prezentace:

1 HISTORIE DO VZNIKU KVANTOVÉ FYZIKY
OD STAROVĚKU DO 16.STOLETÍ

2 624-547 př. Kr. Thalés z Milétu. učil, že základní substancí
př.Kr Thalés z Milétu učil, že základní substancí světa je voda. Věděl také o přitažlivé síle magnetu a síle pozorované při tření jantaru. př.Kr., Anaxagora zpochybnil představy starších řeckých myslitelů o vzniku a zániku hmoty; učil, že změny hmoty jsou způsobeny změnami v uspořádání jejích dále nedělitelných součástí (jeho učení tak bylo významným krokem na cestě k pochopení principu zachování hmoty). př.Kr. Empedoklés redukoval tyto nedělitelné součásti na čtyři základní elementy - zemi, vzduch, oheň a vodu. př.Kr. Demokritos vyslovil myšlenku, že náš svět se skládá z prázdného prostoru a (téměř) nekonečného počtu neviditelných částic, které navzájem liší tvarem, polohou a uspořádáním. Veškerá hmota se skládá z dále nedělitelných částic, kterým dal jméno atomy.

3 př.Kr. Aristoteles roztřídil a uspořádal vědecké poznatky své doby způsobem, který přetrval hluboko do našeho věku. Jeho jméno se nespojuje s žádnou konkrétní vědeckou teorií, avšak jeho souhrnné zpracování všech vědomostí sloužilo jako základ veškeré vědy po dalších tisíc let. Podle Aristotela je látka dělitelná donekonečna (spojitě). př.Kr. Archimedes byl velkým průkopníkem v oboru, který bychom současným jazykem nazvali teoretická fyzika. Vytvořil základy hydrostatiky. 1.STOL př.Kr. Lukrecius spis – De rerum natura (o přírodě) n.l. Roger Bacon učil, že tajemství přírody lze poznat jedině na základě pozorování. Je tedy otcem metody vytváření deduktivních teorií na základě skutečností vypozorovaných z reálného světa.

4 n.l. Mikuláš Koperník vyslovil teorii, že Země obíhá okolo Slunce. Tento heliocentrický model byl vpravdě revoluční v tom, že zpochybnil do té doby neochvějnou autoritu Aristotelova učení a vedl k naprostému převratu ve vědě i filozofii.

5 OD 17. STOLETÍ K POČÁTKŮM KVANTOVÉ MECHANIKY
Robert Boyle Úvahy o pohybu částic a vazbách mezi částicemi. Sir Isaac Newton objevil zákony mechaniky (dnes nazývané "klasická"), které popisují a vysvětlují pohyb těles pomocí matematických rovnic. ?Teplo = vnitřní pohyb částic? Bernoulli při studiu hydrodynamiky vyslovil předpoklad, že částice vzduchu se pohybují všemi směry 1711 – Lomonosov teplo je forma pohybu částic 1748 – Zákon o zachování hmotnosti

6 1706 – 1790 Benjamin Franklin první odhad velikosti částic (kapka oleje na hladině rybníka)
1766 – John Dalton - prvky se skládají z částic, které jsou dále nedělitelné 1799, Zákon stálých a zákon násobných poměrů slučovacích Thomas Young vytvořil vlnovou teorii světla a vysvětlil interferenci světla. 18O9 Gay Lussac Zákon stálých poměrů slučovacích pro plyny A. Avogadro zavádí pojem molekula Stejné objemy plynů mají stejné počty molekul

7 Michael Faraday objevil princip elektromotoru a jeho pokusy ho přivedly k pochopení elektromagnetické indukce, která je jasným svědectvím o tom, že elektřina a magnetismus jsou úzce propojeny. Vyslovil zákon o zachování energie objevil elektrolýzu 1822 – Robert Clausius - kinetická teorie plynů James Clerk Maxwell dosáhl významných výsledků ve třech oblastech - v teorii vnímání barev, molekulární teorii a elektromagnetické teorii. Kinetická teorie plynů 1873 – Teorie elektromagnetického pole

8 Další významné objevy v 19. století
Heinrich Geissler - studium výbojů v plynech Kirchfoff - výklad záření černého tělesa 1865 – J. Loschmidt - odhad velikosti molekul a počtu molekul v objemové jednotce Ludwig Boltzman – rozdělení molekul podle polohy. Ek = ½ k.T 1870 – Mendělejev periodický zákon Crooks - objev katodového záření 1874 George Stoney vytvořil teorii elektronu a odhadl jeho hmotnost 1877 – J.J. Thomson katodové záření je tok částic 1885 – Balmér - studium spekter atomů Hertz, Halwachs, Stoletov – fotoelektrický jev 1895 Wilhelm Röntgen objevil paprsky X (rentgenové záření). 1896 Henri Becquerel objevil radioaktivitu - skutečnost, že některé atomy se samovolně rozpadají. 1898 Marie a Pierre Curieovi získali radioaktivní prvky v čistém stavu. 1898 J.Joseph Thompson experimentálně pozoroval elektrony (v katodovém záření) a zformuloval svůj "pudinkový" model atomu - podle něj měl být atom mírně kladně nabitá koule, uvnitř níž by byly (jako hrozinky v pudinku) stejnoměrně rozmístěny záporné elektrony.

9 Ještě několik „klasických objevů“
1905 A.Einstain – fyzikálně statistický rozbor Brownova pohybu 1908 J. Perrin – teoretická a experimentální analýza Brownova pohybu- důkaz existence molekul

10 Nástup kvantové teorie
1900 Max Planck došel k závěru, že záření je kvantováno (má podobu "porcí" konečné velikosti). 1905 Albert Einstein, jeden z mála fyziků, kteří vzali Planckovy představy od počátku vážně, postuloval kvantum světla (foton), které se v mnoha ohledech chová jako částice (mluví se o částicově-vlnovém dualismu fotonu). Další Einsteinovy teorie zahrnují speciální teorii relativity, v jejímž rámci dospěl ke známému principu ekvivalence hmoty a energie, a obecnou teorii relativity (což je vlastně teorie gravitace, která rozšiřuje a zdokonaluje starší Newtonovu teorii - viz rok 1912 v této tabulce). 1909 Hans Geiger a Ernest Marsden, kteří pracovali pod vedením Ernesta Rutherforda, bombardovali částicemi alfa zlatou folii a pozorovali, že neočekávaně velké množství částic vyletuje s velkým úhlem rozptylu. To naznačuje, že atomy mají malé, těžké a kladně nabité jádro. 1911 Ernest Rutherford vyslovil teorii o atomovém jádru, k níž dospěl na základě výsledků experimentů s rozptylem částic alfa provedených H. Geigerem a E. Marsdenem. 1913 Niels Bohr vytvořil teorii struktury atomů, jež vycházela z kvantových představ. 1919 Ernest Rutherford objevil v experimentech proton.

11 1921 James Chadwick a E. S. Bieler dospěli k závěru, že jádro atomu musí udržovat pohromadě nějaká silná síla (odlišná od do té doby známé gravitace a elektromagnetismu). 1923 Arthur Compton prokázal ve svých experimentech kvantovou (částicovou) podstatu rentgenového záření, čímž potvrdil, že na fotony lze pohlížet jako na částice. 1924 Louis de Broglie přišel s představou, že hmota má vlnové vlastnosti. 1925 (leden) Wolfgang Pauli zformuloval vylučovací princip pro elektrony v atomu. 1925 (duben) Walther Bothe a Hans Geiger prokázali, že energie v atomárních procesech se zachovává. Erwin Schroedinger vytvořil tzv. vlnovou mechaniku, jež úspěšně popisuje chování kvantových systémů složených z bosonů. Max Born zformuloval pravděpodobnostní interpretaci kvantové mechaniky. L. de Broglie – „vlnové vlastnosti částic“ , G. N. Lewis navrhl pro kvantum světla jméno "foton". 1927 Bylo pozorováno, že některé látky vyzařují elektrony (rozpad beta). Atomy i jádra mají diskretní energetické hladiny, a tak bylo těžko pochopitelné, že elektrony uvolňované při těchto rozpadech mají spojité spektrum (řešení této záhady najdete dále v této tabulce u letopočtu 1930). Werner Heisenberg zformuloval princip neurčitosti. Podle něj platí, že čím více toho víme o energii částice, tím méně toho víme o čase, po který se někde vyskytuje (a naopak). Tentýž princip neurčitosti platí i pro vztah mezi polohou a hybností částice.

12 1928 Paul Dirac skloubil kvantovou mechaniku se speciální teorií relativity a vytvořil teorii popisující elektron. 1930 Kvantová mechanika a speciální teorie relativity se staly obecně přijímanými teoriemi. Zdálo se, že existují pouhé tři fundamentální částice - proton, elektron a foton. Wolfgang Pauli navrhl pro vysvětlení spojitého spektra elektronů v rozpadu beta hypotetickou částici, kterou nazval neutrino. 1931 Paul Dirac si uvědomil, že kladně nabité objekty, které dostával při řešení své rovnice, představují nový typ částic (dal jim jméno pozitrony). Z jeho teorie vyplývalo, že jsou přesně stejné jako elektrony, avšak nesou opačný (kladný) náboj. Pozitrony jsou prvním příkladem antičástic. James Chadwick objevil neutron. Zásadní otázkou se stalo porozumět mechanismům jaderné vazby a jaderného rozpadu. Enrico Fermi vytvořil teorii rozpadu beta, ve které zavedl pojem slabá interakce. Šlo o první teorii, ve které přímo vystupovalo neutrino a docházelo k proměnám typů částic. 1934 I. A F. Joliot Curieovi – objev umělé radioaktivity 1937 Paul Anderson objevil v kosmickém záření částici dvěstěkrát těžší než elektron. Fyzikové se nejdříve domnívali, že jde o Yukawův mezon, ale později se ukázalo, že jde o jiný typ částice (v mnoha ohledech "sourozence" elektronu, který dostal jméno mion). 1938 O. Hahn, L. Meitnerová, F. Strassmann – důkaz štěpení jader uranu 1942 E. Fermi - první jaderný reaktor