A teoria das cordas e física quântica

Uma esperança cientistas têm é que a teoria das cordas irá explicar alguns dos resultados incomuns na física quântica, ou, pelo menos, reconciliá-la com a relatividade geral. A física quântica tem suas raízes de volta para 1900, quando o físico alemão Max Planck propôs uma solução para um termodinâmica problema - um problema que tem a ver com o calor.

Ele resolveu o problema através da introdução de um truque matemático - se ele assumiu que a energia foi empacotado em pacotes discretos, ou quanta, o problema foi embora. (Ele provou ser brilhante, porque ele trabalhou.) No processo de fazer isso, Planck usaram uma quantidade conhecida como a constante de Planck, que se tem revelado essencial para a física quântica - e teoria das cordas.

Planck usaram este conceito quântico - o conceito de que muitas quantidades físicas vêm em unidades discretas - para resolver um problema em física, mas também a si mesmo Planck assumiu que este foi apenas um processo matemático inteligente para remover o infinito. Levaria cinco anos por Albert Einstein para continuar a revolução quântica na física.

O problema radiação de corpo negro, que Planck estava tentando resolver, é um problema básico termodinâmica onde você tem um objeto que é tão quente que brilha dentro. Um pequeno orifício permite que a luz para escapar, e ele pode ser estudado. O problema é que em 1800, experimentos e teorias nesta área não combinam.

Um objecto quente irradia calor sob a forma de luz (brasas num fogo ou os anéis de metal em fornos eléctricos são ambos bons exemplos deste). Se este objeto estavam abertas para dentro, como um uma caixa de metal forno ou, o calor iria pular dentro.

Este tipo de objeto foi chamado de blackbody - porque o próprio objeto não reflete luz, única irradia calor - e ao longo dos anos 1800, vários trabalhos teóricos em termodinâmica tinha examinado o caminho calor comportado dentro de um corpo negro.

Agora vamos supor que há uma pequena abertura - como uma janela - no forno, através do qual a luz pode escapar. Estudar esta luz revela informações sobre a energia de calor dentro do corpo negro.

Essencialmente, o calor no interior de um corpo negro tomou a forma de ondas electromagnéticas, e porque o forno é de metal, que estão em pé ondas, com nodos onde se encontram com a parede lateral do forno. Este facto - juntamente com uma compreensão de electromagnetismo e termodinâmica - pode ser utilizado para calcular a relação entre a intensidade da luz (ou brilho) e comprimento de onda.

O resultado é que, como o comprimento de onda de luz fica muito pequena (a faixa ultravioleta de energia eletromagnética), a intensidade é suposto para aumentar drasticamente, aproximando-se infinito.

Video: Física - Física Quântica: Introdução

Na natureza, os cientistas nunca realmente observar infinitos, e este não foi excepção. A pesquisa mostrou que havia intensidades máximas na faixa ultravioleta, que contradiziam completamente as expectativas teóricas, como mostrado na figura. Esta discrepância veio a ser conhecido como o catástrofe ultravioleta.

A catástrofe ultravioleta ameaçava minar as teorias de eletromagnetismo e / ou termodinâmica. Claramente, se eles não se encontraram experiência, em seguida, uma ou ambas as teorias continha erros.

Quando Planck resolvida a catástrofe ultravioleta em 1900, fê-lo introduzindo a ideia de que o átomo só podia absorver ou emitir luz quanta (ou feixes discretos de energia). Uma implicação desta suposição radical era que haveria menos radiação emitida a energias mais elevadas.

Ao introduzir a ideia de pacotes discretos de energia - quantificando energia - Planck produziu uma solução que se resolveu a situação sem ter de mudar drasticamente as teorias existentes (pelo menos naquela época).

O insight de Planck veio quando ele olhou para os dados e tentou descobrir o que estava acontecendo. Claramente, as previsões de comprimentos de onda longos estavam perto de combinar com a experiência, mas a luz de comprimento de onda curto não foi. A teoria foi sobre a previsão da quantidade de luz que seria produzido em comprimentos de onda curtos, de modo que precisava de uma maneira de limitar este comprimento de onda curto.

Saber algumas coisas sobre ondas, Planck sabia que o comprimento de onda e frequência foram inversamente relacionadas. Então, se você está falando de ondas com comprimento de onda curto, você também está falando de ondas com alta frequência. Tudo o que ele tinha a fazer era encontrar uma maneira de reduzir a quantidade de radiação em altas freqüências.

Planck retrabalhado as equações, supondo que os átomos só poderia emitem ou absorvem energia em quantidades finitas. A energia e frequência foram relacionados por uma proporção chamada constante de Planck. Físicos utilizar a variável h para representar constante de Planck em suas equações da física resultantes.

A equação resultante trabalhou para explicar os resultados experimentais da radiação de corpo negro. Planck, e aparentemente todos os outros, pensei que este era apenas um truque matemático de mão que tinha resolvido o problema em um estranho caso, especial. Mal sabia ninguém perceber que Planck tinha acabado lançou as bases para as mais estranhas descobertas científicas na história do mundo.