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L'ipotesi di Planck




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L'ipotesi di Planck


In presenza di tutti questi gravi insuccessi teorici, Max Planck, fig.(5-b) che fin dal 1889 aveva iniziato anche lui lo studio teorico della radiazione di corpo nero, pensò che fosse più saggio ripiegare su un programma più modesto: invece di partire dalle teorie per arrivare ad una formula dell'irraggiamento da confrontare con l'esperienza, partire dai dati sperimentali, già abbondanti e che continuavano ad accumularsi, tradurli in una formula empirica e, da questa tentare l'interpretazione teorica. Dal punto di vista matematico fece in modo che le equazioni di Wien e di Lord Rayleigh, le quali erano ben verificate rispettivamente per piccole e grandi lunghezze d'onda, si condensassero in un'unica espressione. Inoltre fece in modo che, al contrario della previsione classica, la quale asseriva che l'energia aumentasse all'infinito col diminuire della lunghezza d'onda, secondo la legge:





Planck sostitui l'integrale di Lord Rayleigh con una somma discontinua di elementi raggruppati in modo che il suo valore rimanesse sempre finito. A parte questa libertà, il lavoro di Plank continuò rispettando scrupolosamente tutte le leggi ed i formalismi della fisica classica. Trovata questa nuova formula empirica Plank dovette attribuire un significato ad una particolare costante che vi compariva, da lui chiamata quanto elementare d'azione. Questa costante o era una grandezza fittizia, ed allora tutta la deduzione della legge di irradiazione era illusoria in linea di principio e non rappresentava nient'altro che un giochetto di formule privo di contenuto, oppure la deduzione della legge d'irradiazione poggiava su di un reale pensiero fisico, ed allora il quanto d'azione doveva avere un'importanza fondamentale in fisica, ed annunciava qualche cosa completamente nuova ed inaudita che pareva destinata a rivoluzionare il nostro pensiero fisico, basato fin da Leibniz fig.(16-b) e Newton, sulla continuità di tutti i rapporti causali. Questa cosa di veramente inaudito consisteva nell'ammettere che ogni risuonatore lineare vibrante nella cavità del corpo nero potesse emettere soltanto in maniera discontinua, per quanti, cioè liberando grani di energia pari a:





dove  è uguale alla frequenza propria dell'onda elettromagnetica assorbita o emessa e h è una costante, chiamata da Planck quanto d'azione e successivamente denominata costante di Planck, il cui valore attualmente universalmente riconosciuto uguale a .

Planck, cui toccò in sorte di proporre la teoria fisica più rivoluzionaria dei nostri tempi, non aveva affatto la stoffa del rivoluzionario. Egli era uno spirito essenzialmente conservatore, al quale i buoni studi storici avevano anche insegnato il valore della tradizione e i pericoli di creare improvvisi vuoti nel processo storico. Guidato da questi orientamenti mentali affermò che la sua teoria prevedesse emissioni e assorbimento discontinui, per mezzo di quanti, ma radiazione continua. Fu Einstein che nel 1905 propose di rompere definitivamente con la fisica classica e di postulare un'individualità propria per gli elementi d'energia, ossia affermare che il campo elettromagnetico era fisicamente costituito da quanti, i quali furono in futuro battezzati da Arthur Holly Compton, fig.(7-b) fotoni. A dare manforte all'interpretazione einsteniana contribuirono due importanti fenomeni fisici recentemente studiati: l'effetto fotoelettrico e l'effetto Compton.



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