Könnyű részecske. Foton

A foton az elektromágneses tér kvantuma, egy nulla nyugalmi tömegű elemi részecske, amelynek spinje 1. A foton az összes elemi részecske közül a leggyakoribb. Megtalálható látható fénysugárban, röntgensugárzásban, rádióhullámok formájában és lézerimpulzusokban. 1964-ben A. Penzias és R. Wilson amerikai rádiócsillagászok felfedezték, hogy a világűr tele van milliméteres rádióhullámokkal, amelyek 2,7 K hőmérsékleten hideg fotongáznak tekinthetők. A modern fogalmak szerint ez a sugárzás (ez reliktum sugárzásnak nevezik) az Univerzum fejlődésének korai szakaszában keletkeztek, amikor az anyag óriási hőmérsékleten és nyomáson volt (lásd Kozmológia). A reliktum fotonok átlagos sűrűsége körülbelül 500 per . Ez a szám összevethető a körülöttünk lévő világot felépítő protonbőséggel: az Univerzumban átlagosan nem jut egy protonnál több. Így az Univerzumban a fotonok milliárdszor gyakoribbak, mint a protonok.

A foton történelmi sorsa szokatlan; talán ez az egyetlen elemi részecske, amelynél lehetetlen megjelölni kísérleti felfedezésének szerzőjét. A fotont elméletileg M. Planck fedezte fel, aki 1900. december 14-én a Berlini Fizikai Társaság ülésén kifejtette hipotézisét a sugárzási energia kvantálásáról. Ettől a pillanattól kezdve elkezdődött a kvantumkorszak a fizikában.

Planck ötletét kidolgozva A. Einstein 1905-ben azt javasolta, hogy a fényt nem csak egyes részekben bocsátják ki és abszorbeálják, hanem azokból is áll. Ez merész és szokatlan általánosítás volt. Például mindig adagokban, kortyokban isszuk a vizet, de ebből nem következik, hogy a víz egyes kortyokból áll. Einstein elmélete szerint az elektromágneses hullám kezdett úgy kinézni, mint egy kvantumfolyam.

Planck hipotézise lehetővé tette a fotoelektromos hatás, a lumineszcencia és számos más jelenség törvényszerűségének megmagyarázását. Az elektromágneses sugárzás korpuszkuláris tulajdonságai A. Comptonnak a röntgensugárzás szabad elektronok általi szórásával kapcsolatos kísérleteiben mutatkoztak meg legvilágosabban (1922). A Compton-effektus megerősítette az elektromágneses sugárzás és a fizika kvantumfogalmainak helyességét az 1920-as években. végül belépett egy új elemi részecske, a foton (a görög szóból, jelentése „fény”).

A fotonnak, mint minden más kvantumrészecskének, egyszerre van hullám- és korpuszkuláris tulajdonsága, így a hullám és a fény korpuszkuláris elméletei között csaknem két évszázadon át húzódó vitában mindenkinek igaza volt a véleményében. saját út. A hétköznapi életben a fény korpuszkuláris tulajdonságai nem jelennek meg, hiszen a fotonokkal nem egyenként, hanem egyszerre nagy számmal van dolgunk, fényhullámként érzékelve. Ismeretes, hogy az elektromágneses hullámot körkörös o frekvencia, intenzitás és c terjedési sebesség jellemzi, aminek alapvető jelentése a kölcsönhatások terjedési sebességének határértéke (modern érték ). A hullámnak megfelelő fotonok energiával és lendülettel rendelkeznek (a Planck-állandó J s modern értéke). Például a Nap maximális sugárzása K cm hullámhosszú fényre esik, ami Hz-es körfrekvenciának felel meg. Az ilyen fotonok energiája J. A napállandó, azaz a földfelszín egységnyi területére eső időegységre eső energia egyenlő -vel, amiből kiszámítható, hogy hatalmas számú foton esik be 1 s alatt. , ról ről . Ugyanakkor az elemi részecskékkel végzett kísérleteknél a detektorok egyenként rögzítik a fotonokat, és erre elvileg még az emberi szem is képes.

A fotonok száma nem állandó, létrejöhetnek és elpusztulhatnak kölcsönhatási folyamatokban, például a megsemmisülés folyamatában (lásd Antianyag, - elektron és pozitron szimbólumok, - foton szimbólum, gamma kvantum). Itt és a Compton-effektusban is a fotonok valódi megfigyelhető részecskékként működnek. Ezenkívül a fotonok nem megfigyelhető, virtuális állapotban létezhetnek, elektromágneses kölcsönhatásokat hordozva.

A foton elemi részecske tulajdonságai a klasszikus elektrodinamikában gyökereznek. A foton elektromosan semleges, töltése nulla. (Egyébként két elektromágneses hullám kölcsönhatásba léphetne egymással, és a két töltés tere már nem lenne külön-külön mindegyik mezőjének összege.) A fotonnak nincs is más töltése: állítólag valóban semleges. és azonos az antirészecskéjével (lásd Antianyag). Egy foton töltésparitása -1, ami abból a nyilvánvaló tényből következik, hogy az elektromos és a mágneses tér iránya az ellenkezőjére változik, ha bármely rendszer összes töltésének előjele megváltozik. Az elektromágneses kölcsönhatásokban a töltésparitás megőrzése, amely az elektronok és antirészecskék - pozitronok - közötti szimmetriájához kapcsolódik, bizonyos korlátozásokhoz vezet a reakciókban. Például egyes részecskerendszerek csak páros számú fotonra bomlanak le, míg mások csak páratlan számú fotonra (lásd Antianyag).

Különösen jól tanulmányozták a fotonok elektronokkal és pozitronokkal való kölcsönhatásának folyamatait - ez az úgynevezett kvantumelektrodinamika, amelynek előrejelzéseit kísérletekben nagy pontossággal tesztelték.

A foton nyugalmi tömege nulla. Ez azt jelenti, hogy a fotont nem lehet sem megállítani, sem lelassítani. Energiájától függetlenül c alapvető sebességű mozgásra van ítélve. Ha feltételezzük, hogy a fotonnak van valami kicsi, de véges tömege, akkor tanulmányozhatjuk a megfigyelt hatásokat. A közönséges részecskékhez hasonlóan a fotonok sebessége az energiájuktól (azaz a sugárzás hullámhosszától) függ, és mindig kisebb lenne, mint c. Az elektromágneses hullámok vákuumban való szétszóródásának hatása elvileg a pulzárok sugárzásával érzékelhető. Képletesen szólva, a kék sugarak előbb érik el a megfigyelőt, mint a vörösek. Tekintettel a hatalmas távolságokra, amelyek elválasztanak minket a pulzároktól, az érkezési időknek jelentősen el kell térniük még a különböző nyalábok sebességének kis eltérései mellett is.

Egy véges nyugalmi tömeg jelenléte a fotonban az elektromágneses erők véges hatástartományának megjelenéséhez vezetne. Valójában, ha egy töltés virtuális fotont bocsát ki, akkor az energiában bizonytalanság keletkezik, és a bizonytalansági reláció szerint egy ilyen foton csak egy ideig létezhet. Ez alatt az idő alatt nem halad meg nagyobb távolságot, mint , majd egy újabb töltésnek kell elnyelnie.

Hipotézisünk szerint az elektron és a pozitron töltése akkor jön létre, amikor a központi gravitont, amelyen a töltés megjelenik, egy tórusz veszi körül. A tórusz forgástengelye áthalad a graviton pólusain, héjának külső része pedig a graviton északi pólusától a déli pólus felé, vagy fordítva forog, forgásával vagy elektrontöltést, ill. egy pozitron töltés.

A körbefutó forgáson kívül a tórusz kerékként is forog. Ennek a forgásnak az energiája generálja az elektromágneses spektrum egyik vagy másik színét.

Az elektronok belsejében elhelyezkedő toroidokat és a pozitronokat fotonoknak neveztük.

A Washingtoni Egyetem tudósai egyébként olyan nagy sebességű kamerát készítettek, amely képes fotonok fényképezésére. A fénykép a foton toroidális modelljét mutatja be.

Véleményünk szerint az elektromágneses hullám kvantumai az elektronok és a pozitronok, amelyek meghatározzák az elektromágneses hullám hosszát. A fotonok határozzák meg magának a fotonnak a hullámhosszát. A töltését elhagyó foton, tehát szabad foton, a hullámhosszának megfelelő színt hoz létre. Így a foton egy vagy olyan színű kvantum, amelyet egyik vagy másik elektromágneses hullám hordoz.

Az elektronok és pozitronok által kibocsátott fotonok ugyanazon a hullámhosszon maradnak, mint a kibocsátás idején.

A szabad fotonoknak az elektronokkal és a pozitronokkal ellentétben nincs sem elektromos, sem mágneses összetevője, ezért nem képesek elektromágneses hullámokká szerveződni. A szabad fotonok az éterben elektromágneses hullámmá rendezetlen fotonfolyamként terjednek.

A Nap által kibocsátott elektromágneses hullámok pozitronjaival, az atmoszféra atomjaival és gázmolekuláival, a földfelszínnel, különféle tárgyakkal ütköző elektronok bremsstrahlung révén mozgó színes fotonokat hoznak létre, amelyek az emberi látómechanizmusba esve, magával ragad minket színes világunk.

Információk értékelése

Hasonló témájú bejegyzések

János Pál pápa elismerte hiba az ítéletet és magukat a klerikusokat egyaránt”, vagyis a papok rendjét! Einstein majd alkotott egy elgondolatlan paródiát... Sveta?! Forgás" fotonok" (vagy " quanta Sveta") a tengelye körül tökéletesen megmagyarázza, miért quanta például kék Sveta...

Ábrázolások például a „fény” elméletéhez quanta" Einstein. Minden erőfeszítése azonban kiderült... a kérdés: „mi a kialakulási mechanizmus foton, a legkisebb részecske Sveta, mozgó elektron?" Között...m/s a vákuumhoz. Érték hibákat Fiso csak 4%). "...

Néz" quanta Sveta"a spektrum különböző részei! Egyedül" quanta"legyen... fotóeffektusa." Relativitás-elmélet Einstein nem felelt meg a Nobel-díjnak... matematikai kupacok, felhasználásával fotonikus(kvantum)elmélet, ...minden. Ez logikus hibaés őrültek kitalációi...

A modern fizika módszertana, amely a relativitáselmélet „ugrásából” fakadt, az elmék soha nem látott megingásához vezetett, és számos, a középkori skolasztikus fantáziához hasonló tudományos elmélet megjelenéséhez vezetett.

Például Veinik professzor, aki arról híres, hogy szenvedett a relativitáselmélet kritizálása miatt (egyszerűen nevetségessé tette), ezt írja a „Termodinamika” című tankönyvében, amely a hallgatók számára készült: „...a kvantummechanika egyik fontos hátránya az irányadó ötletek hiánya. Ez lehetővé tette számunkra a részecske szerkezetének megítélését. Ennek eredményeként olyan banális elemi részecske, mint a foton, a kivételes kategóriájába esett (ezt nyilván elősegítette, hogy a fény sokáig hullámnak számított, valamint a képlet E = mc 2 Einstein). Valójában a foton elvileg nem különbözik az elektrontól és más elemi részecskéktől (ezt a fényképek alapján lehet megítélni...). Elég volt megérteni egy elektron vagy foton szerkezetét, hogy teljes képet kapjunk az egész mikrokozmoszról és az azt szabályozó törvényekről. Az általános elmélet (Veinik - N.N.) szerint az elemi részecske mikrotöltések együttese. Ez utóbbiak közé tartozik: tömeg (anyag), tér (metron), idő (kronon), elektron, termon, Planck-állandó stb. A különböző elemi részecskék száma végtelenül nagy.”

Így látjuk, hogy a tér - idő, hullám - részecske, a bizonytalanság elve, a tömeg megfelelője - az energia és más „entitások” továbbra is új szörnyeket generálnak termonok, metronok, krononok és anyagok formájában. Ami a fényképet illeti, ha Veiniknek egy éjszakai autópályáról készült fényképet mutattak volna, akkor ugyanígy határozta volna meg a fényképen a fényszóró nyomát hagyó autó „banalitását”. „Az értelem álma szörnyeket szül” (Goya).

„Minden természeti jelenség okát mechanikai természetű megfontolások segítségével értjük meg, különben minden reményt fel kell adni, hogy valaha is megértsünk valamit a fizikából.” (Huygens „Treatise on Light”). Ugyanezt a gondolatot különböző változatokban fejezték ki a különböző idők leghíresebb kutatói és gondolkodói: Arisztotelész, Galilei, Newton, Hooke, Descartes, D'Alembert, Fresnel, Faraday, Helmholtz és még sokan mások. Így Maxwell a „Treatise on Electricity and Magnetism” című művében ezt írta: „Jelenleg nem érthetjük meg az időben történő terjedést (kölcsönhatást – N.N.) másként, mint egy anyagi anyag térben való repülését, vagy mozgásállapotként, ill. feszültség egy olyan közegben, amely már létezik a térben... Valóban, függetlenül attól, hogy az energia időben hogyan kerül át egyik testből a másikba, kell lennie olyan közegnek vagy anyagnak, amelyben az energia elhelyezkedik, miután elhagyta az egyik testet, de már még nem jutott el egy másikhoz... Következésképpen mindezen elméletek (hullám, kölcsönhatás és elektromágnesesség – N.N.) elvezetnek egy olyan közeg fogalmához, amelyben a terjedés megtörténik, és ha ezt a közeget elfogadjuk hipotézisnek, akkor úgy gondolom, hogy el kell foglalnia egy kutatásunkban kiemelkedő helyet foglal el, és meg kell próbálnunk minden részletében mentális reprezentációt felépíteni a cselekvésről; Ez volt az állandó célom ebben a tanulmányban.”.

De most próbáljuk meg elképzelni Veinik szerint egy foton megjelenését: egy „izgatott” elektron repült és repült a pályán, és hirtelen elszakad tőle egy bizonyos „banális esszencia”, amely minden ok és alap nélkül mert az elektron sebességétől és ciklikus frekvenciájától függetlenül megkapja a rezgési frekvenciáját (miután kiszámolta, hogy mennyi energiát kell felvennie?), és tömegét - mi lesz belőle! A hatást itt nem az okok generálják, és a fizikai megfontolásokat nem támasztják alá a logika és a mechanika törvényei. Milyen Maxwell „mentális ötletei” vannak?!

Tehát Maxwell azt állítja, hogy az energiát csak kétféleképpen lehet távolról átvinni: vagy az anyaggal (tömeggel) együtt, vagy hullámokkal egy köztes közegen keresztül. Egy állítólagos különleges anyagtípus - az elektromágneses tér - létezése a tudománytalan gondolkodásnak a fizikába való behatolása eredménye. Ez még csak nem is kalória, ami meglehetősen sikeresen írta le az atomok és anyagmolekulák rezgési energiáját és egyben a termikus (elektromágneses) sugárzást. Ez egyszerűen egy kísérlet arra, hogy elfátyolozza tudatlanságát és tehetetlenségét a természet misztériuma előtt.

Az emberiség nagy elméi küzdenek ezzel a rejtéllyel, kezdve az ókori görög, ókori arab, ó-indiai és ókori kínai gondolkodókkal, Newtontól, Hooke-tól, Huygens-től kezdve a modern kutatókig, akik bár nagy eredményeket értek el a fényhasználat terén. (lézerek stb.), de a fény lényére vonatkozó ismereteik még mindig nagyon távol állnak a valóságtól.

Newton nézetei a fény természetéről nagyon ellentmondásosak és következetlenek voltak. Bár ő volt a valóban tudományos gondolkodás megalapítója, a tudományos hipotézisek felállításától való félelem kellő mennyiségű kísérleti és megfigyelési tény nélkül a másik végletbe vezette: a korlátolt gondolkodásba és a következtetések következetességének hiányába. Így a testek távoli kölcsönhatására vonatkozó nézetei egy köztes közeg létezésének gondolatához vezették; de a fény természetét tekintve csak azért utasítja el ezt a közeget, mert „nincs elegendő kísérleti készlet, amelyekkel ennek az éternek a működési törvényeit pontosan meghatároznák és megmutatnák”.

Természetesen az ő idejében még korai volt az éter tulajdonságainak és összetételének kérdését felvetni, hiszen még olyan tudományok is hiányoztak, mint az optika, az elektromágnesesség, az atom- és molekulafizika és még sokan mások. És még korunkban is az olyan tudományok, mint az atommag és az elemi részecskék, még mindig „a ködben úsznak”. Mit mondhatunk az éterről - az anyag szerkezetének következő szakaszáról?

Az éter tulajdonságaival kapcsolatos megfigyelések, tények, kísérletek és ismeretek azonban egyre többek lettek, és minden nagy és jelentős elmélet csak a „működésének mentális felépítésének” köszönhető. Einstein és Infeld „állványnak” nevezte olyan elméletek felépítéséhez, amelyek eltávolíthatók a relativitás általános elvének létezése érdekében. De most nehéz elképzelni, hogy olyan tudományok születtek volna, mint az optika és az elektromágneses elmélet, ha a relativitás általános elve megjelent volna előttük.

„A hullámelmélet legyőzte Newton kiáramlás-elméletét előrejelzéseinek kifogástalan minőségi és mennyiségi pontosságával” (S. Vavilov), és nem csak. Először is, a fénysebesség függetlensége a forrás sebességétől nem magyarázható a kiáramlás elméletével. Newton úgy vélte, hogy a fotonok sebessége hozzáadódik a forrás sebességéhez. Másodszor, a kiáramlás elmélete a fénysebesség növekedését jósolta sűrűbb közegben, Huygens hullámelmélete pedig ennek a sebességnek a csökkenését. Fizeau és Foucault közvetlen sebességmérési kísérletei sűrű közegben megerősítették a fény hullámtermészetét.

A fény hullámelméletét Faraday, Maxwell, Hertz, Lebedev és más kutatók elméleti és kísérleti munkái egyaránt megerősítették. Maxwell például a „Traktatájában...” ezt írta: „... a világító közeg, amikor a fény áthalad rajta, energiatárolóként szolgál. A Huygens, Fresnel, Young, Green és mások által kidolgozott hullámelméletben ezt az energiát részben potenciálisnak, részben kinetikusnak tekintik. A potenciális energiát a közeg elemi térfogatainak deformációjából származónak tekintjük, és ez azt jelenti, hogy a közeget rugalmasnak kell tekintenünk. A kinetikus energiát a közeg rezgő mozgásának köszönhetőnek tekintjük, ezért fel kell tételeznünk, hogy a közegnek véges sűrűsége van. Az elektromosság és a mágnesesség elmélete, amelyet ebben a dolgozatban fogadunk el, kétféle energia létezését ismeri el – az elektrosztatikus és az elektrokinetikus –, és feltételezzük, hogy ezek nemcsak... a testekben, hanem a környező tér minden részében is megtalálhatók. Ezért elméletünk összhangban van azzal a hullámelmélettel, amely szerint mindkettő egy olyan közeg létezését feltételezi, amely képes kétféle energia tárolójává válni. Ugyanakkor mind Maxwell, mind Faraday, mint széles tudományos nézeteket valló ember, rámutatott, hogy az éterre nemcsak a fény hullámelméletéhez (elektrodinamika), hanem a kölcsönhatások átviteléhez is szükség van. Ezt a nagyon fontos érvet a modern kutatók még mindig figyelmen kívül hagyják, mert látni kell a „király új ruháját” - a téridő görbületét.

A mesemondó, Andersen így írt róla: „Úgy tettek, mintha ügyes takácsok lennének, és azt mondták, hogy tudnak olyan csodálatos anyagot szőni, aminek csodálatos tulajdonsága van – láthatatlanná válik minden olyan ember számára, aki rossz helyen ül, vagy hihetetlenül ostoba. ... „Én „nem vagyok hülye” – gondolta a méltóság. Szóval nincs a helyem? Itt az időd! Ezt azonban nem tudod megmutatni!"

S. Vavilov ezt írta: „A hullámelmélet győzedelmeskedett, végső győzelemnek tűnt... De a diadal nagyon korainak bizonyult... A hullámelmélet tehetetlennek bizonyult a fény hatásának kvantumtörvényei előtt. ”

Most feltesszük magunknak a kérdést: ez az egy tény sok mással szemben valóban ilyen drámai módon megváltoztathatja a tudósok véleményét?! Igen, diszkrét a sugárzás; igen, a foton úgy repül, mint egy monolit részecske. De nincs hasonló viselkedése a hangnak a levegőben? Vagy fordítva: nincs-e az elektromágneses hullámoknak a hanghoz hasonló viselkedése?

Hertz és követői tökéletesen látták az elektromágneses sugárzás azon képességét, hogy átterjedjen a környező térbe a térben nem lokalizált gömbhullámok. (Mellesleg, nem kvantálva vannak, ahogy azt a modern világítótestek állítják, hiszen nem az egyik pályáról a másikra ugráló elektronok, hanem a szabad elektronok vezetőben való felgyorsult mozgásának az eredménye). A hosszú elektromágneses hullámok ezen tulajdonságának köszönhetően a sugárzó körüli gömb bármely pontjáról nézünk tévét és hallgatunk rádiót. Amint azonban az elektromágneses hullámok frekvenciája átlép egy bizonyos határt a növekedés irányában, megjelenik a sugárzás irányultsága.

Ugyanez történik a hanggal. Igaz, a hang ilyen tulajdonságait a közelmúltban fedezték fel, az ultrahang előállításával kapcsolatban. Kiderült, hogy az ultrahanghullámok éles irányultságúak, és a térben lokalizált részecskéknek tekinthetők. Ennyit a „hullámelmélet tehetetlenségéről”! Kiderült, hogy valahányszor maguk a kutatók tehetetlenek megmagyarázni valamit, a klasszikus mechanikát hibáztatják ezért.

Ahogy Feynman kimutatta, a rezgések törvényei a frekvenciától függenek, mivel attól függ a közegben végbemenő folyamatok természete. Ő maga azonban csak az oszcillációk egyenletének levezetésével volt megelégedve, amikor egy rugalmas hullámban a nyomás és a hőmérséklet adiabatikusan változik. Egyik kutató, köztük Feynman sem vette figyelembe a részecskék átlagos szabad útjához képest magas rezgési frekvenciákat, amikor az ebben az esetben fellépő folyamatok hő elnyeléséhez vezetnek. Ebben az esetben teljesen nyilvánvaló, hogy az oszcilláció az egyes részecskék mozgási irányainak eloszlása ​​miatt nem terjedhet gömbhullámként. Csak élesen irányítható, mivel az oszcillációs frekvencia kisebb, mint a részecskék szabad útjának „frekvenciája”.

Az ultrahang tulajdonságaival való analógiából az következik, hogy a lokalitás egyáltalán nem mond ellent a hullámelméletnek. Sőt, nem derülne ki, hogy a levegő fémként viselkedik, és az ultrahangnak keresztirányú hullámai vannak?

A lokalitás mellett a fotonoknak – a rádióhullámokkal ellentétben – van egy másik fontos tulajdonságuk is az eredetükhöz kapcsolódóan: a szigorúan adagolt energia. A fotonok ezen tulajdonsága, amely az atomok szerkezetéhez kapcsolódik, nem terjedhet ki az elektromágneses hullámok teljes spektrumára. És itt ráadásul a Planck-állandót, mint a fotonenergia jellemzőjét, nem szabad tágabb értelemben tekinteni, ahogyan az utóbbi időben a fizika minden lépésében megtörténik. A Planck-állandónak semmi köze az idő, a tér és a tömeg diszkrétségéhez.

A fotonenergia szigorú adagolásával kapcsolatban egy új tudomány jelent meg - a kvantummechanika, amelyben a kezdetektől fogva még számos megválaszolatlan kérdés van. Először is: miért nem bocsátanak ki fotonokat egy kör- vagy elliptikus pályán mozgó atom elektronjai, bár centripetális gyorsulást tapasztalnak? Másodszor: mi a fotonkibocsátás és abszorpció mechanizmusa?

Az első kérdés egy tévhithez kapcsolódik, amely minden kvantummechanikával foglalkozó tankönyvben és tudományos munkában megismétlődik. Így például Szemencsenko „Az elméleti fizika válogatott fejezeteiben” ezt olvashatjuk: „Az elektronok nem mozoghatnak sokáig az atommag körül, mivel a klasszikus elektrodinamika törvényei szerint minden felgyorsult mozgó elektron elektromágneses energiát bocsát ki. Ennek eredményeként az elektron kinetikus energiája csökken, és végül az atommagra kell esnie. És Kajgorodszkij még kiszámolta a „Fizika mindenkinek” című művében, hogy mennyi időt esik egy elektron az atommagra - századmásodperc!

Arra kérem az olvasót, hogy nézze meg a klasszikus elektrodinamika Weber-egyenletét, amely három tagból áll. Az első tag a Coulomb-törvény, a második a kölcsönhatási erő változása a potenciális retardáció következtében, a harmadik pedig az, ami a sugárzási témánkhoz kapcsolódik. Itt látjuk, hogy Weber képlete tartalmazza skaláris távolság mennyisége kölcsönható részecskék között. Ez azt jelenti, hogy az atommag és az elektron közötti állandó távolságnál az első és a második derivált is nulla. Ezért ebben az esetben nem lehet potenciális késés és sugárzás. Ez azt jelenti, hogy nem minden gyorsított elektron bocsát ki energiát. A körpályán mozgó elektronnak nem szabad kibocsátania! Elképesztő, mennyi ideig nem vettek észre egy ilyen jelentős hibát!

A második kérdés megoldását Huygens javasolta. Azt javasolta: „A fény a testek mozgó részecskéi által az éter részecskéire gyakorolt ​​sokkok miatt keletkezik.” De Broglie hullámhossz-relációjának megjelenése előtt Huygensnek ez a mondata úgy tűnt, hogy „a levegőben lógott”. A de Broglie-relációnak kellett volna az alapja lenni mind magának a relációnak, mind a fotonok de Broglie-hullámok következményeként való megjelenésének okainak tanulmányozásának. A Born, Heisenberg és Bohr által a kvantummechanika határozatlanságára vonatkozó következtetés, valamint az Einstein által készített éter elutasítása azonban elvezette a fizikusokat ettől a problémától.

Nyilvánvalóan azt kell feltételezni, hogy a de Broglie-hullámok a részecskék valódi „toló” mozgásának folyamata, amelynek oka a potenciális késleltetés egyenetlensége, a foton pedig az éter lokális (nagyon irányított) hullámainak egy szegmense. , amelynek elején és végén kissé eltérő oszcillációs frekvenciája van (spektrális vonalszélesség), ami az elektron sebességének lelassulásával jár, amikor az egyik stabil pályáról a másikra ugrik.

A részecskék lökésszerű mozgása a potenciál késleltetésének egyenetlensége miatt megoldást jelenthet a kvantummechanika egy másik kérdésére - az elektron stabil diszkrét pályáinak meglétére. A stabil pályák nyilvánvalóan a ciklikus és lökésszerű oszcillációk rezonanciájának az eredménye.

Így tehát az ortodox relativisták többszörös igézése ellenére, hogy nincs és nem is lehet visszatérni a klasszikus fizikához, az éterhez, a mechanikai nézetekhez, az oksághoz és a fény hullámfogalmához, ezt meg kell tennünk, különben „lesz. feladni minden reményt, bármit is érteni a fizikából"

Irodalom:

1. A.I. Veynik. Termodinamika. Felsőiskola, Minszk, 1968, 434. o.
2. H. Huygens. Értekezés a Fényről. Leiden, 1703. Ford. a lat. szombaton szerkesztette G.M. Golin és S.R. Filonovich „A fizikai tudomány klasszikusai”, Felsőiskola, 1989, 131-140.
3. J. C. Maxwell. A Treatise on Electricity and Magnetism, 1., 2. kötet, Oxford, 1873. Trans. angolról Nauka, M., 1989.
4. I. Newton. Optika vagy értekezés a fény visszaverődéséről, fénytöréséről, hajlításáról és színeiről. London, 1706. Ford. a lat. szerkesztette G.S. Landsberg, Gostekhizdat, M., 1981.
5. S.I. Vavilov. Szem és nap. Nauka, M., 1976.
6. G. Hertz. A nagyon gyors elektromos rezgésekről. Ann. der Ph., szül. 31, s. 421...448. Per. vele. szombaton szerkesztette G.M. Golin és S.R. Filonovich „A fizikai tudomány klasszikusai”, Felsőiskola, 1989.
7. G. Hertz. A levegőben lévő elektrodinamikus hullámokról és azok visszaverődéséről. Ann. der Ph., szül. 34, s. 609...623. Per. vele. szombaton szerkesztette G.M. Golin és S.R. Filonovich „A fizikai tudomány klasszikusai”, Felsőiskola, 1989.
8. R. Feynman, R. Layton, M. Sands. Feynman előadásokat tart a fizikáról. Per. angol nyelvből, 3., 4. kötet, Mir, M., 1976, 391...398.
9. VC. Szemencsenko. Az elméleti fizika válogatott fejezetei. Oktatás, M., 1966, 131. o.
10. A.I. Kitajgorodszkij. Fizika mindenkinek, 3. kötet (Elektronok), Nauka, M., 1979.

FÉNYMENNYISÉG
A KVANTUMELMÉLET MEGADÁSÁNAK FELTÉTELEI

A klasszikus elméletben a fűtött test sugárzási spektrumában az intenzitás frekvenciától való függését egy monoton növekvő görbe fejezi ki.

Ez még az energiamegmaradás törvényének is ellentmond, hiszen bármely felhevült test sugárzása véges energiájú, és intenzitása nem hajolhat a végtelenbe a frekvencia növekedésével.

A kísérlet a 2. görbét adja, amely szerint magas frekvenciákon a sugárzás intenzitása nullára hajlik.

Az ellentmondás megszüntetésére Planck egy nem klasszikus hipotézist terjesztett elő: a felhevült testek nem folyamatosan, hanem külön részekben bocsátanak ki fényt - energiakvantumokat, amelyek nagysága egyenesen arányos a frekvenciával.

ahol , h Planck-állandó.

Ez a hipotézis lehetővé tette egy olyan elmélet megalkotását, amely teljes mértékben megmagyarázza egy felhevített test sugárzási spektrális sűrűségének a frekvenciától való függését, valamint a Planck-állandó értékének meghatározását kísérleti eredményekből:

h = 6,63*10-34 J*s

FOTÓHATÁS

A külső fotoelektromos hatás az elektronok kilökődése egy anyagból fény hatására.

Egy elektrométerhez csatlakoztatott cinklemezt pozitívan töltünk és elektromos ívvel megvilágítjuk. Az elektrométer leolvasása változatlan marad. Ismételjük meg a kísérletet, negatív töltést adva a lemeznek. Ha világít, az elektrométer leolvasása nullára csökken. A tapasztalatok azt mutatják, hogy a fény leválasztja az elektronokat a lemez felületéről.

Egy állandó feszültségforrásból, potenciométerből, galvanométerből és voltmérőből álló áramkörbe egy fotocellát, ami egy átlátszó ballon két elektródával (amelyből levegőt szivattyúztak ki) csatlakoztatunk. A katód és az anód közötti feszültség változtatásával a fotocella áram-feszültség karakterisztikáját vesszük állandó megvilágítás mellett.

Az anódpotenciál növekedésével a fotoáram erőssége monoton módon növekszik, és az In telítési áram elérésekor változatlan marad. Ez azt jelenti, hogy a fény által a katód felületéről egységnyi idő alatt, adott feszültség mellett kiütött összes elektron elérte az anódot.

Az U z tartófeszültség az anód és a katód közötti minimális fordított feszültség, amelynél a fényáram nulla.

Az energiamegmaradás törvénye szerint a kilökött fotoelektron maximális mozgási energiája

A fotoelektromos hatás törvényei

1. A fém felületéről egységnyi idő alatt kiütő elektronok száma egyenesen arányos a fény intenzitásával.

2. A fotoelektronok maximális kinetikus energiája egyenesen arányos a fény frekvenciájával és nem függ az intenzitástól.

3. Ha a fény frekvenciája kisebb, mint a vörös határértéknek nevezett min határérték, akkor a fotoelektromos hatás nem lép fel.

FOTÓHATÁS ELMÉLET

A modern elképzelések szerint a fénynek kettős természete van - egyszerre elektromágneses hullám és fotonáram. Minden foton energiakvantumot hordoz, így a fotonok energiája arányos a frekvenciával:

E=h 0, ahol h=6,63*10-34 J*s

Amikor a fény fémbe ér, a fotonok nagy része egyszerűen elnyelődik, ami felmelegedést okoz. Egyes fotonok kölcsönhatásba lépnek a szabad elektronokkal. Ha ez a kölcsönhatás egy elektron kiütéséhez vezet a fémből, akkor a foton energiája h elvégzi az elektron A munkafunkcióját a fémből, és kinetikus energiát ad neki. Így az energia megmaradás törvényéből az Einstein-egyenletet kapjuk:

Ez megmagyarázza a fotoelektromos hatás összes törvényét.

1. A fényintenzitás arányos az egységnyi felületre egységnyi idő alatt beeső fotonok számával. Ezért minél nagyobb az intenzitás, annál nagyobb a katódból kiütő elektronok száma, és ennélfogva a telítési áram erőssége is.

2. A fény frekvenciájának növekedése nem a kilökött elektronok számának növekedéséhez vezet, hanem a maximális mozgási energiájuk növekedéséhez:

3. Einstein egyenletéből az következik, hogy annak a frekvenciának a minimális értékét, amelyen az összes fotonenergia megy az elektron munkafunkciójának elvégzéséhez, abból a feltételből határozzuk meg, amely egyenlő

Ha a fény frekvenciája kisebb, mint a min vörös határérték, akkor a fotonenergia nem elég ahhoz, hogy egy elektront kitépjen a fémből, és a fotoelektromos hatás nem következik be.

Foton és tulajdonságai.

A foton anyagi, elektromosan semleges részecske.

Foton energia, mivel

A relativitáselmélet szerint E=mc2=h, innen honnan m- energiával egyenértékű fotontömeg.

Impulzus ,mert . A fotonimpulzus a fénysugár mentén irányul.

Az impulzus jelenlétét kísérletileg a fénynyomás megléte igazolja.

A foton alapvető tulajdonságai

1. Ez egy elektromágneses mező részecskéje.
2. Fénysebességgel mozog.
3. Csak mozgásban létezik.
4. A fotont lehetetlen megállítani: vagy v = c-vel mozog, vagy nem létezik; ezért a foton nyugalmi tömege nulla.

Példa. A Planck-állandó meghatározására egy kísérletet végeztünk, amelyben egy fotocella megvilágításakor a galvanométer gyenge fotoáramot regisztrál, amikor a potenciométer érintkező szélső helyzetben van. A csúszóérintkező elmozdul, fokozatosan növelve a blokkolófeszültséget, amíg a fotoáram meg nem áll. Ha a fotocellát 1 = 3,9 * 10 14 Hz frekvenciájú vörös fénnyel világítják meg, akkor a blokkolófeszültség U 1 = 0,5 V, ha pedig lila fénnyel világítanak meg 2 = 7,5 * 10 14 Hz frekvenciájú, akkor a blokkolófeszültség U 2= 2 V. Milyen értékű Planck-állandót kaptunk?

Írjuk fel az Einstein-egyenleteket a fotoelektromos hatás két jelzett esetére:

A fémfelületről kibocsátott elektronokat a fékező elektromos tér késlelteti. Kinetikus energiájuk változása ebben az esetben megegyezik az elektromos tér munkájával:

Ekkor az első két egyenlőség a következőképpen ábrázolható:

Ha kivonjuk az első kifejezést a másodikból, azt kapjuk

Válasz: mérések szerint a Planck-állandó 6,7 * 10 -34 J * s.

A foton tömeg nélküli részecske, és csak vákuumban létezhet. Nem rendelkezik elektromos tulajdonságokkal sem, vagyis a töltése nulla. A figyelembe vett kontextustól függően a foton leírásának különböző értelmezései vannak. A klasszikus (elektrodinamika) cirkuláris polarizációjú elektromágneses hullámként ábrázolja. A foton a részecske tulajdonságait is mutatja. Ezt a kettős elképzelést hullám-részecske kettősségnek nevezik. Másrészt a kvantumelektrodinamika a fotonrészecskét olyan mérőbozonként írja le, amely lehetővé teszi elektromágneses kölcsönhatás kialakulását.

Az Univerzum összes részecskéje közül a fotonnak van a legnagyobb száma. A foton spinje (belső mechanikai nyomatéka) egyenlő az egységgel. Ezenkívül egy foton csak két kvantumállapotban lehet, amelyek közül az egyik spin-vetülete egy bizonyos irányú -1, a másiké pedig +1. A fotonnak ez a kvantumtulajdonsága tükröződik a klasszikus ábrázolásában, mint egy elektromágneses hullám keresztirányú ábrázolása. A foton nyugalmi tömege nulla, ami azt jelenti, hogy terjedési sebessége megegyezik a fény sebességével.

A fotonrészecskének nincsenek elektromos tulajdonságai (töltése), és meglehetősen stabilak, vagyis a foton nem képes vákuumban spontán lebomlani. Ez a részecske számos fizikai folyamatban kibocsátódik, például egy elektromos töltés gyorsulással történő mozgása során, valamint az atommag vagy maga az atom energiaugrásai egyik állapotból a másikba. Ezenkívül a foton abszorbeálható fordított folyamatok során.

A foton hullám-részecske kettőssége

A fotonban rejlő hullám-részecske kettősség számos fizikai kísérletben nyilvánul meg. A fotonikus részecskék olyan hullámfolyamatokban vesznek részt, mint a diffrakció és az interferencia, amikor az akadályok (rések, membránok) mérete összemérhető magának a részecske méretével. Ez különösen észrevehető azokban a kísérletekben, amikor egyetlen foton diffrakcióját egyetlen réssel végezzük. Ezenkívül a foton pontszerű jellege és korpuszkulárissága az olyan tárgyak abszorpciós és emissziós folyamataiban nyilvánul meg, amelyek mérete sokkal kisebb, mint a foton hullámhossza. De másrészt a foton részecskeként való ábrázolása sem teljes, mert az elemi részecskék kusza állapotán alapuló korrelációs kísérletek cáfolják. Ezért a fotonrészecskét szokás tekinteni, beleértve a hullámot is.

Videó a témáról

Források:

• Photon 1099: minden az autóról

Fő kvantum szám- ez egy egész szám, amely az elektron energiaszintű állapotának meghatározása. Az energiaszint egy atomban lévő elektron stacionárius állapotainak halmaza, hasonló energiaértékekkel. Fő kvantum szám meghatározza az elektron távolságát az atommagtól, és jellemzi az ezt a szintet elfoglaló elektronok energiáját.

Az állapotot jellemző számok halmazát kvantumszámoknak nevezzük. Az atomban lévő elektron hullámfüggvényét, egyedi állapotát négy kvantumszám - fő-, mágneses-, pálya- és splin - határozza meg - az elemi mozgás pillanata, mennyiségi értékben kifejezve. Fő kvantum szám rendelkezik n .Ha a főkvantum szám növekszik, akkor ennek megfelelően nő az elektron pályája és energiája. Minél kisebb n értéke, annál nagyobb az elektron energiakölcsönhatása. Ha az elektronok összenergiája minimális, akkor az atom állapotát gerjesztetlennek vagy földeltnek nevezzük. A nagy energiaértékű atom állapotát gerjesztettnek nevezzük. A legmagasabb szinten szám elektronok az N = 2n2 képlettel határozhatók meg Amikor egy elektron egyik energiaszintről a másikra lép át, a főkvantum szám.A kvantumelméletben az az állítás, hogy az elektron energiája kvantált, azaz csak diszkrét, specifikus értékeket vehet fel. Az atomban lévő elektron állapotának megismeréséhez figyelembe kell venni az elektron energiáját, az elektron alakját és egyéb paramétereket. A természetes számok tartományából, ahol n egyenlő lehet 1-gyel és 2-vel és 3-mal és így tovább, a főkvantum szám bármilyen értéket felvehet. A kvantumelméletben az energiaszinteket betűkkel, az n értéket számokkal jelöljük. Annak a periódusnak a száma, amelyben az elem elhelyezkedik, megegyezik az alapállapotú atom energiaszintjeinek számával. Minden energiaszint alszintekből áll. Az alszint atomi pályákból áll, amelyeket a főkvantum határoz meg és jellemez szám m n, orbitális szám m l és kvantum szám m ml. Az egyes szintek részszintjei nem haladják meg az n értéket A Schrödinger hullámegyenlet a legkényelmesebb az atom elektronszerkezetére.

A kvantumfizika óriási lendületet adott a tudomány fejlődésének a XX. A legkisebb részecskék kölcsönhatásának egészen más módon, kvantummechanika segítségével történő leírására tett kísérlet, amikor a klasszikus mechanika egyes problémái már megoldhatatlannak tűntek, igazi forradalmat produkált.

A kvantumfizika megjelenésének okai

Fizika – leírja azokat a törvényeket, amelyek szerint a világ működik. A newtoni, vagyis klasszikus a középkorban keletkezett, és előfeltételei az ókorban is láthatók voltak. Tökéletesen megmagyaráz mindent, ami az emberek által érzékelt skálán történik további mérőműszerek nélkül. De az emberek sok ellentmondással találkoztak, amikor elkezdték tanulmányozni a mikro- és makrokozmoszot, hogy felfedezzék mind az anyagot alkotó legkisebb részecskéket, mind a natív Tejútrendszerünket körülvevő óriás galaxisokat. Kiderült, hogy a klasszikus fizika nem mindenre alkalmas. Így jelent meg a kvantumfizika - a kvantummechanikai és kvantumtérrendszerek tudománya. A kvantumfizika tanulmányozásának technikái a kvantummechanika és a kvantumtérelmélet. A fizika más kapcsolódó területein is használják őket.

A kvantumfizika alapelvei a klasszikushoz képest

A kvantumfizikával most ismerkedők számára gyakran logikátlannak, sőt abszurdnak tűnnek rendelkezései. Ha azonban mélyebben elmélyül bennük, sokkal könnyebben nyomon követhető a logika. A kvantumfizika alapelveit úgy tanulhatjuk meg legegyszerűbben, ha összehasonlítjuk a klasszikus fizikával.

Ha a klasszikus fizikában úgy gondolják, hogy a természet megváltoztathatatlan, függetlenül attól, hogy a tudósok hogyan írják le, akkor a kvantumfizikában a megfigyelések eredménye nagyban függ attól, hogy melyik mérési módszert használják.

Newton mechanikai törvényei szerint, amelyek a klasszikus fizika alapját képezik, egy részecskének (vagy anyagi pontnak) az idő minden pillanatában van egy bizonyos helyzete és sebessége. Ez nem így van a kvantummechanikában. A távolságok szuperpozíciójának elvén alapul. Vagyis ha egy kvantumrészecske lehet egy és egy másik állapotban, akkor lehet egy harmadik állapotban is - az előző két állapot összege (ezt lineáris kombinációnak nevezzük). Ezért lehetetlen pontosan meghatározni, hogy egy adott időpontban a részecske hol lesz. Csak azt lehet kiszámítani, hogy mekkora valószínűséggel van valahol.

Ha a klasszikus fizikában meg lehet alkotni egy fizikai test pályáját, akkor a kvantumfizikában csak idővel változó valószínűségi eloszlást lehet megszerkeszteni. Ráadásul az eloszlás maximuma mindig ott van, ahol azt a klasszikus mechanika meghatározza! Ez nagyon fontos, mert lehetővé teszi egyrészt a klasszikus és a kvantummechanika kapcsolatának nyomon követését, másrészt megmutatja, hogy ezek nem mondanak ellent egymásnak. Azt mondhatjuk, hogy a klasszikus fizika a kvantumfizika speciális esete.

A klasszikus fizikában a valószínűség akkor jelenik meg, ha a kutató nem ismeri egy objektum bizonyos tulajdonságait. A kvantumfizikában a valószínűség alapvető, és mindig jelen van, függetlenül a tudatlanság mértékétől.

A klasszikus mechanikában egy részecske energia- és sebességértéke megengedett, de a kvantummechanikában csak bizonyos, „kvantált” értékek megengedettek. Ezeket sajátértékeknek nevezzük, amelyek mindegyikének megvan a maga állapota. A kvantum valamilyen mennyiség „része”, amelyet nem lehet komponensekre osztani.

A kvantumfizika egyik alapelve a Heisenberg-féle bizonytalansági elv. A lényeg itt az, hogy nincs mód a részecske sebességének és helyzetének egyidejű meghatározására. Csak egy dolgot lehet mérni. Sőt, minél jobban méri a készülék egy részecske sebességét, annál kevesebbet lehet tudni a helyzetéről, és fordítva.

A helyzet az, hogy egy részecske méréséhez „meg kell nézni”, vagyis egy fényrészecskét – egy fotont – kell az irányába küldeni. Ez a foton, amelyről a kutató mindent tud, ütközik a mért részecskével, és megváltoztatja annak tulajdonságait. Ez megközelítőleg annyi, mintha egy mozgó autó sebességét mérnénk úgy, hogy egy másik autót ismert sebességgel felé küldünk, majd a második autó megváltozott sebességét és pályáját felhasználva megvizsgáljuk az elsőt. A kvantumfizika olyan kicsi tárgyakat vizsgál, hogy még a fotonok – a fényrészecskék – is megváltoztatják tulajdonságaikat.