Еще одним «камнем» в сторону классической физики стали уравнения шотландского ученого Джеймса Максвелла, показавшие, что свет движется с ограниченной скоростью, которая не зависит от системы «источник — наблюдатель». Эти открытия послужили толчком к формированию двух абсолютно новаторских теорий: квантовой и теории относительности.
В 1896 г. немецкий физик Макс Планк (1858–1947) приступил к исследованию тепловых лучей — в частности, их зависимости от текстуры и цвета излучающего объекта. Интерес к данной теме у Планка возник в связи с мысленным экспериментом его соотечественника Густава Кирхгофа, проведенным в 1859 г. Кирхгоф создал модель абсолютно черного тела, представляющего собой идеальную непрозрачную емкость, которая поглощает все падающие на нее лучи и не выпускает их наружу, «вынуждая» многократно отражаться от стенок и терять энергию. Но если это тело нагревать, оно начнет испускать излучение, причем, чем выше будет температура нагрева, тем короче длины лучевых волн, а значит, из невидимого спектра лучи перейдут в видимый. Тело сначала покраснеет, а затем станет белым, ведь его излучение соединит в себе весь спектр. Испускаемое и поглощаемое излучения придут в равновесие, то есть их параметры станут одинаковыми и независимыми от вещества, из которого сделано тело, — энергия будет поглощаться и выделяться в равных количествах. Единственным фактором, способным повлиять на спектр излучений, останется температура тела.
Узнав о выводах Кирхгофа, многие ученые задались целью измерить температуру черного тела и соответствующие ей длины волн испускаемых лучей. Разумеется, делали они это методами классической физики — и… заходили в тупик, получая совершенно бессмысленные результаты. С повышением температуры тела и, соответственно, уменьшением длины волны излучения до ультрафиолетового спектра интенсивность волновых колебаний (плотность энергии) возрастала до бесконечности. А между тем эксперименты показывали обратное. И правда, разве лампа накаливания светит ярче трубки Рентгена? И разве можно нагреть черный кубик так, чтобы он стал радиоактивным?
Чтобы устранить данный парадокс, названный ультрафиолетовой катастрофой, Планк в 1900 г. нашел оригинальное объяснение тому, как ведет себя энергия излучения абсолютно черного тела. Ученый предположил, будто атомы, колеблясь, выпускают энергию строго дозированными порциями — квантами, причем, чем короче волна и выше частота колебаний, тем квант больше, и наоборот. Для описания кванта Планк вывел формулу, согласно которой величину энергии можно определить по произведению частоты волны и кванта действия (постоянной, равной 6,62 × 10