Teoria kwantów
(Zarys historyczny)
W nauce o promieniowaniu wielką rolę odgrywa w fizyce ciało doskonale czarne. Rozumie się przez nie ciało, które pochłania całkowicie padające nań promieniowanie. Takie właściwości w wysokim stopniu posiada ciało, którego powierzchnia jest pokryta sadzą. Ono też doskonale emituje, tzn. wysyła energię promienistą. Energia ta stała się przedmiotem szczególnego zainteresowania fizyków. Obchodziła ich gęstość tego promieniowania, tj. energia przypadająca na jednostkę objętości ciała doskonale czarnego, widmo tego promieniowania i rozkład energii w nim w zależności od długości wypromieniowanych fal oraz od temperatury.
Przy końcu wieku XIX zaistniała szczególna sytuacja, która otrzymała nazwę "katastrofy w nadfiolecie". Obliczona przez dwóch znakomitych fizyków Rayleigha i Jeansa gęstość promieniowania ciała doskonale czarnego wzrastała gwałtownie, gdy długość fali tego promieniowania malała i zdążała do zera. Było to całkowicie sprzeczne z doświadczeniem. Dnia 16 grudnia 1900 roku fizyk niemiecki, profesor uniwersytetu w Berlinie Max Planck (1858 - 1947) zażegnał to niebezpieczeństwo śmiałą koncepcją, ale naruszającą cieszące się do tego czasu powszechnym uznaniem poglądy i prawa fizyki. Sformułował on prawo rozkładu energii w widmie ciała doskonale czarnego, oparte na założeniu, że energia promienista nie jest wypromieniowywana w postaci fal ciągłych jak np. strumień wody z kranu lecz wydobywa się na podobieństwo pocisków z karabinu maszynowego w postaci małych porcji, które nazwał kwantami (od łacińskiego słowa quantum - ilość) Według podanej przez Plancka teorii kwantów:
Ciało doskonale czarne zawiera proste oscylatory, które mogą drgać z wszystkimi możliwymi częstościami.
Częstość promieniowania wysyłanego przez dany oscylator jest taka sama, co często częstość drgań.
Oscylator, którego częstość wynosi f może wypromieniowywać tylko pewne jednostki, kwanty o wielkości hf, lub jej całkowite wielokrotności. h oznacza stałą przyrody i nazywa się stałą Plancka. Jest to obok prędkości światła c w próżni najważniejsza stała fizyki atomowej.
W 1905 roku Albert Einstein przy wyjaśnianiu zjawiska fotoelektrycznego stwierdził, że w tym przypadku światło zachowuje się tak, jakby miało naturę kwantową i energia kwantu świetlnego równa się również stałej Plancka pomnożonej przez częstość drgań odpowiadającej mu długości fali świetlnej. Kwant światła nazywa się fotonem. Rok 1900 dzięki odkryciu kwantowej natury promieniowania jest przez wielu uznawany za początek nowej ery w historii fizyki.
