Posted by XIX საუკუნის ბოლოს, ნივთიერების ატომებთან ელექტრომაგნიტური გამოსხივების (კერძოდ კი სინათლის) ზემოქმედების შესწავლისას, მკვლევარები სერიოზულ პრობლემას წააწყდნენ, რომლის გადაწყვეტა მხოლოდ კვანტური მექანიკის ჩარჩოებში მოხერხდა, ეს უკანასკნელი კი სწორედ ამ პრობლემების არსებობის გამო ჩაისახა.
იმისათვის, რომ გავიგოთ პირველი და ყველაზე უფრო სერიოზული ამ პრობლემათაგან, საჭიროა წარმოვიდგინოთ დიდი ყუთი სარკული შიდა ზედაპირებით, რომლის ერთ-ერთ კედელში პატარა ნახვრეტია გაკეთებული. ამ პატარა ხვრელიდან ყუთში შესული სინათლის სხივი, სამუდამოდ მასში რჩება, კედლებიდან უსასრულოდ არეკვლებით. ობიექტი, რომელიც სინათლეს არ აირეკლავს, არამედ მთლიანად შთანთქავს მას, შავად გამოიყურება, ამიტომაც არის ის შავი სხეული (აბსოლუტურად შავი სხეული – სხვა კონცეპტუალური ფიზიკური მოვლენების მსგავსად – ჰიპოთეტური ობიექტია, თუმცა, მაგალითად, შიგნიდან სარკული ზედაპირის მქონე თანაბრად გამთბარი სფერო, რომელშიც სინათლე ერთი პატარა ხვრელიდან შედის, მისი საუკეთესო მიახლოებაა).
ასეთი შავი ყუთის მოდელი გვეხმარება უკეთ გავოგოთ, როგორ იქცევა შავი სხეულის მიერ შთანთქმული სინათლე, მისი შემადგენელი ნივთიერების ატომებთან ურთიერთქმედების დროს. აუცულებელია ვიცოდეთ, რომ ატომის მიერ შთანთქმული სინათლე, მაშინვე უკან გამოსხივდება და სხვა ატომი შთანთქავს მას, ისევ და ისევ გამოსხივება-შთანთქმის გაგრძელებით, სანამ პროცესი გაწონასწორებული გაჯერების მდგომარეობაში არ გადავა. წონასწორობის მდგომარეობამდე შავი სხეულის გათბობისას, მის შიგნით სხივების გამოსხივება და შთანთქმა ერთნაირი ხდება: ერთი ატომის მიერ, განსაზღვრული სიხშირის, განსაზღვრული რაოდენობის სინათლის შთანთქმისას, შიგა რომელიღაცა ატომი იგივე რაოდენობისა და სიხშირის სინათლეს ასხივებს. ამგვარად, ყოველი სიხშირის შთანთქმული სინათლის რაოდენობა შავი სხეულის შიგნით, მის ყოველ ნაწილში, უცვლელი რჩება, თუმცა მას ამ სხეულის სხვადასხვა ატომები ასხივებენ და შთანთქავენ.
ამ მომენტამდე, შავი სხეულის ქცევა გასაგები რჩება. პრობლემები, კლასიკური ფიზიკის ჩარჩოებში, აბსოლუტურად შავი სხეულის შიგნით, წონასწორობის მდგომარეობაში შენარჩუნებული გამოსხივების ენერგიის გამოთვლის მცდელობისას გაჩნდა. მალე ორი რამ გაირკვა:
. რაც უფრო მაღალია სხივების ტალღური სიხშირე, ანუ რაც უფრო მოკლეა ტალღა, შავ სხეულში მით უფრო მეტი ენერგია გროვდება.
. რაც უფრო მაღალია ტალღის სიხშირე, მით მეტი ენერგიის მატარებელია იგი, შესაბამისად, მით მეტი ენერგია გროვდება შავი სხეულის შიგნით.
მთლიანობაში, ამ ორ მტკიცებულებას უაზრო დასკვნამდე მივყავართ: გამოსხივების ენერგია შავი სხეულის შიგნით უსასრულო უნდა იყოს! კლასიკური ფიზიკისადმი ეს ბოროტი ხუმრობა, ულტრაიისფერ კატასტროფად შეიღება (მოინათლა), რადგან მაღალსიხშირული გამოსხივება სპექტრის ულტრაიისფრ ნაწილშია.
წესრიგის დამყარება, გერმანელმა ფიზიკოსმა, მაქს პლანკმა შეძლო (პლანკის მუდმივა) – პრობლემა მოიხსნება, თუ დავუშვებთ, რომ ატომებს სინათლის შთანთქმა და გამოსხივება, მხოლოდ პორციების სახით შეუძლია და მხოლოდ განსაზღვრულ სიხშირეებზე (მოგვიანებით, ალბერტ აინშტაინმა ეს იდეა განაზოგადა, შემოიტანა რა ცნება ფოტონი (კომპლემენტარულობის პრინციპი) – გამოსხივების მკაცრად განსაზღვრული პორციები). ამ სქემის მიხედვით, ზოგიერთი სიხშირე, ნავარაუდევი კლასიკური ფიზიკის მიერ, შავი სხეული შიგნით უბრალოდ ვერ იარსებებს, რადგან ატომებს მათი არც შთანთქმა და არც გამოსხივება შეუძლია. შესაბამისად, ეს სიხშირეები აბსოლუტურად შავი სხეულის შიგნით თანასწორი გამოსხივებისას, მხედველობაში არ მიიღება. მხოლოდ დასაშვები სიხშირეების დატოვებით, პლანკმა, ულტრაიისფერ კატასტროფას ხელი შეუშალა და მეცნიერება, სამყაროს მოწყობის სწორედ გაგების გზაზე დააყენა, სუბატომურ დონეზე. გარდა ამისა, მან სიხშირეების მიხედვით შავი სხეულის თანაბარი გამოსხივების დამახასიათებელი განაწილება გამოითვალა.
მსოფლიო აღიარება ამ განაწილებამ, პლანკის მიერ გამოქვეყნებული პუბლიკაციებიდან მრავალი ათწლეულების მერე ჰპოვა, როცა მეცნიერებმა გაარკვიეს, რომ მათ მიერ აღმოჩენილი რელიქტური ფონური გამოსხივება (დიდი აფეთქება) თავისი სპექტრული მახასიათებლებით პლანკის განაწილებას ემორჩილება და აბსოლუტურად შავი სხეულის გამოსხივებას შეესაბამება, რომლის ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულზე სამი გრადუსით მაღალია.
პლანკმა რომ შემოიღო ენერგიის დაკვანტვა,მერე თვითონ ეწინააღმდეგებოდა თავის თეორიას.ხოლო აინშტაინმა ამ თეორიაზე დაყრდნობით ფოტოეფექტის ექსპერიმენტული შედეგების ახსნა შეძლო ფოტოეფექტის ფორმულით. 1905 წელს აინშტაინი სინათლის ნაწილაკურ ბუნებას ამტკიცებდა ფოტოეფექტით და მაგარი ის არის რომ იმავე წელს დაიწყო ფარდობითობის თეორიაზე მუშაობა და იქ სინათლის ტალღური ბუნება გამოიყენა სინთლის აღსაწერად.
ანუ?