Energi foton total. Massa diam foton

Kurang dari satu atom

Foton adalah objek mikro subnuklir yang tidak dapat dibagi menjadi beberapa bagian komponennya. Ia tidak memiliki massa sendiri dan netral secara listrik. Ini adalah partikel radiasi elektromagnetik terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Foton

bergerak dengan kecepatan cahaya dan hanya ada saat bergerak. Tidak mungkin menghentikannya. Massa diamnya nol, sehingga ia bergerak dengan kecepatan cahaya atau tidak ada sama sekali. Dia tidak bisa berhenti bergerak. Menurut beberapa ilmuwan, foton bukanlah sebuah partikel, melainkan gelombang elektromagnetik. Namun pendapat ini kontroversial.

Tentang sifat cahaya

Ilmuwan pertama yang mengemukakan gagasan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel kecil yang tak terlihat adalah pejabat Arab Abu al-Haytham. Dia mengungkapkan ide ini pada tahun 1021 dalam “Book of Optics” miliknya. Ratusan tahun kemudian, pada tahun 1873, Maxwell, seorang ilmuwan Inggris, merevolusi bidang ini. Ia sampai pada kesimpulan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Benar, saat itu teorinya dalam beberapa aspek

itu tidak benar. Selanjutnya, ketika mempelajari berbagai fenomena elektromagnetik, dia sampai pada kesimpulan logis lainnya. Penemuannya yang paling penting adalah bahwa cahaya memberikan tekanan pada suatu rintangan. Fenomena ini didasarkan pada fakta bahwa foton yang bergerak mentransfer momentumnya ke molekul atau atom yang ditemuinya di sepanjang jalan. Pernyataan Maxwell ini dikonfirmasi oleh N.P. Momentum foton sama dengan perbandingan konstanta Planck dengan panjang gelombang cahaya. Hal ini dapat dinyatakan melalui rumus p=h/λ.

Menggunakan... foton

Mungkin, setelah beberapa waktu, umat manusia akan sepenuhnya beralih ke sumber energi jenis baru, yang jauh lebih murah dan efisien daripada gas, minyak, atau batu bara. Cukuplah dikatakan bahwa ini sudah ditemukan hampir di mana-mana. Sumber energi ini antara lain tidak bisa dimonopoli sehingga akan memberikan banyak keuntungan dibandingkan penggunaan gas, listrik, dan lain-lain. Ini adalah energi foton. Ini sudah digunakan menggunakan tenaga surya

baterai. Energi foton adalah hasil kali konstanta Planck dan frekuensi radiasi. Hal ini dapat dinyatakan melalui rumus: e=hv. Huruf v dalam hal ini menunjukkan frekuensi foton. Kepadatan radiasi matahari di permukaan bumi sekitar seribu watt per meter persegi. Aliran foton yang kuat dan berkelanjutan yang berasal dari bintang terdekat dengan planet kita dapat diubah menjadi energi listrik. Bagaimana? Bayangkan sebuah persegi datar dengan sudut miring, terbuat dari silikon, yang diameternya biasanya 12,5 cm. Ini adalah konverter fotolistrik. Itu bisa mono atau multikristalin. Panel surya dibuat dari bagian-bagian tersebut. Mereka mengubah energi foton menjadi listrik. Efisiensi konverter dapat bervariasi dari 5 hingga 17 persen, tergantung pada jenis dan strukturnya. Meskipun demikian, sinar matahari (baca energi foton) merupakan sumber listrik gratis yang menjanjikan. Panel khusus yang mendaur ulangnya dipasang di banyak rumah di Eropa. Contoh yang lebih mengesankan dapat diberikan - di zaman kita, mobil dengan baterai yang diisi dari sinar matahari telah muncul.

Cahaya dan panas, rasa dan bau, warna dan informasi - semua ini terkait erat dengan foton. Terlebih lagi, kehidupan tumbuhan, hewan, dan manusia tidak mungkin terjadi tanpa partikel menakjubkan ini.

Dipercayai bahwa ada sekitar 20 miliar foton di alam semesta untuk setiap proton atau neutron. Ini merupakan angka yang sangat luar biasa besarnya.

Tapi apa yang kita ketahui tentang partikel paling umum di dunia sekitar kita ini?

Beberapa ilmuwan percaya bahwa kecepatan foton sama dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa, yaitu. sekitar 300.000 km/detik dan ini adalah kecepatan maksimum yang mungkin terjadi di Alam Semesta.

Ilmuwan lain percaya bahwa ada banyak contoh di alam semesta yang kecepatan partikelnya lebih cepat daripada kecepatan cahaya.

Beberapa ilmuwan percaya bahwa foton bersifat netral secara listrik.

Yang lain percaya bahwa foton mempunyai muatan listrik (menurut beberapa sumber, kurang dari 10 -22 eV/detik 2).

Beberapa ilmuwan percaya bahwa foton adalah partikel tak bermassa dan menurut pendapat mereka, massa foton diam adalah nol.

Yang lain percaya bahwa foton mempunyai massa. Benar, sangat, sangat kecil. Sejumlah peneliti menganut sudut pandang ini, mendefinisikan massa foton dengan cara yang berbeda: kurang dari 6 x 10 -16 eV, 7 x 10 -17 eV, 1 x 10 -22 eV dan bahkan 3 x 10 -27 eV, yang miliaran kali lebih kecil dari massa elektron.

Beberapa ilmuwan percaya bahwa, sesuai dengan hukum pemantulan dan pembiasan cahaya, foton adalah sebuah partikel, yaitu sel darah. (Euclid, Lucretius, Ptolemy, I. Newton, P. Gassendi)

Lainnya (R. Descartes, R. Hooke, H. Huygens, T. Jung dan O. Fresnel), dengan mengandalkan fenomena difraksi dan interferensi cahaya, percaya bahwa foton bersifat gelombang.

Ketika dipancarkan atau diserap oleh inti atom dan elektron, serta selama efek fotolistrik, foton berperilaku seperti partikel.

Dan ketika melewati prisma kaca atau lubang kecil pada penghalang, foton menunjukkan sifat gelombang terangnya.

Solusi kompromi ilmuwan Perancis Louis de Broglie, yang didasarkan pada dualisme gelombang-partikel, yang menyatakan bahwa foton memiliki sifat partikel dan gelombang, bukanlah jawaban atas pertanyaan ini. Dualitas gelombang-partikel hanya bersifat sementara perjanjian, didasarkan pada ketidakberdayaan mutlak para ilmuwan untuk menjawab pertanyaan yang sangat penting ini.

Tentu saja perjanjian ini agak menenangkan situasi, tetapi tidak menyelesaikan masalah.

Berdasarkan hal tersebut, kita dapat merumuskannya pertanyaan pertama berasosiasi dengan foton

Pertanyaan pertama.

Apakah foton merupakan gelombang atau partikel? Atau mungkin keduanya, atau tidak keduanya?

Lebih jauh. Dalam fisika modern, foton adalah partikel elementer yang mewakili kuantum (bagian) radiasi elektromagnetik. Lampu juga merupakan radiasi elektromagnetik dan foton dianggap sebagai pembawa cahaya. Hal ini telah tertanam kuat dalam kesadaran kita dan foton, pertama-tama, diasosiasikan dengan cahaya.

Namun, selain cahaya, ada jenis radiasi elektromagnetik lain: radiasi gamma, sinar-X, ultraviolet, sinar tampak, inframerah, gelombang mikro, dan radiasi radio. Mereka berbeda satu sama lain dalam panjang gelombang, frekuensi, energi dan memiliki karakteristiknya sendiri.

Jenis-jenis radiasi dan ciri-ciri singkatnya

Pembawa semua jenis radiasi elektromagnetik adalah foton. Menurut para ilmuwan, hal itu sama untuk semua orang. Pada saat yang sama, setiap jenis radiasi dicirikan oleh panjang gelombang, frekuensi getaran, dan energi foton yang berbeda. Jadi, foton yang berbeda? Tampaknya jumlah jenis gelombang elektromagnetik yang berbeda harus sesuai dengan jumlah yang sama dari jenis foton yang berbeda. Namun hanya ada satu foton dalam fisika modern.

Ternyata paradoks ilmiahnya - radiasinya berbeda, sifatnya juga berbeda, tetapi foton yang membawa radiasi tersebut sama.

Misalnya, radiasi gamma dan sinar-X dapat mengatasi hambatan tersebut, namun radiasi ultraviolet dan inframerah serta cahaya tampak, yang memiliki panjang gelombang lebih panjang tetapi energi lebih rendah, tidak dapat mengatasi hambatan tersebut. Pada saat yang sama, radiasi gelombang mikro dan radio memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dan energi yang lebih sedikit, namun mengatasi ketebalan air dan dinding beton. Mengapa?

Kemampuan penetrasi foton di bawah berbagai radiasi

Ada dua pertanyaan yang muncul di sini.

Pertanyaan kedua.

Apakah semua foton benar-benar sama pada semua jenis radiasi?

Pertanyaan ketiga.

Mengapa foton dari beberapa jenis radiasi mengatasi hambatan, tetapi tidak untuk jenis radiasi lainnya? Ada apa - radiasi atau foton?

Ada pendapat bahwa foton adalah partikel terkecil tak berstruktur di alam semesta. Sains belum mampu mengidentifikasi sesuatu yang lebih kecil dari foton. Tapi benarkah? Memang, pada suatu waktu atom dianggap tidak dapat dibagi dan terkecil di dunia sekitar kita. Oleh karena itu, pertanyaan keempat adalah logis:

Pertanyaan keempat.

Apakah foton merupakan partikel kecil dan tidak berstruktur ataukah ia terdiri dari formasi yang lebih kecil lagi?

Selain itu, diyakini bahwa massa diam foton adalah nol, tetapi ketika bergerak ia menunjukkan massa dan energi. Tapi kemudian ada

pertanyaan kelima:

Apakah foton termasuk partikel material atau bukan? Jika foton adalah materi, lalu ke manakah massanya menghilang dalam keadaan diam? Jika tidak bersifat materi, lalu mengapa interaksinya yang sepenuhnya bersifat materi dengan dunia sekitar kita dicatat?

Berikut lima pertanyaan membingungkan tentang foton. Dan saat ini mereka tidak memiliki jawaban yang jelas. Masing-masing mempunyai permasalahannya masing-masing. Masalah yang akan kami coba pertimbangkan hari ini.

Dalam perjalanan kami “Nafas Alam Semesta”, “Kedalaman Alam Semesta” dan “Kekuatan Alam Semesta”, melalui prisma struktur dan fungsi Alam Semesta, kami mempertimbangkan semua masalah ini dengan cukup mendalam. Kami telah menelusuri seluruh jalur pembentukan foton mulai dari kemunculan partikel fundamental - gumpalan pusaran halus hingga galaksi dan gugusnya. Saya berani berharap bahwa kita memiliki gambaran dunia yang cukup logis dan terorganisir secara sistematis. Oleh karena itu, asumsi tentang struktur foton menjadi langkah logis dalam sistem pengetahuan tentang Alam Semesta kita.

Struktur foton

Foton muncul di hadapan kita bukan sebagai partikel atau gelombang, tetapi sebagai pegas berbentuk kerucut yang berputar, dengan awal yang mengembang dan ujung yang meruncing..

Desain pegas foton memungkinkan kita menjawab hampir semua pertanyaan yang muncul ketika mempelajari fenomena alam dan hasil eksperimen.

Kami telah menyebutkan bahwa foton adalah pembawa berbagai jenis radiasi elektromagnetik. Pada saat yang sama, terlepas dari kenyataan bahwa sains mengetahui berbagai jenis radiasi elektromagnetik: radiasi gamma, sinar-X, ultraviolet, sinar tampak, inframerah, radiasi gelombang mikro, dan radiasi radio, foton pembawa yang terlibat dalam proses ini tidak memiliki sendirinya. varietas. Artinya, menurut beberapa ilmuwan, semua jenis radiasi ditransfer oleh jenis foton universal tertentu, yang sama-sama berhasil memanifestasikan dirinya dalam proses radiasi gamma, dan dalam proses emisi radio, dan dalam jenis radiasi lainnya.

Saya tidak setuju dengan posisi ini, karena fenomena alam menunjukkan bahwa semua radiasi elektromagnetik yang diketahui berbeda secara signifikan satu sama lain tidak hanya dalam parameter (panjang gelombang, frekuensi, kemampuan energi), tetapi juga dalam sifat-sifatnya. Misalnya, radiasi gamma dengan mudah menembus rintangan apa pun, dan radiasi tampak juga dengan mudah dihentikan oleh penghalang tersebut.

Akibatnya, dalam satu kasus, foton dapat mentransfer radiasi melalui penghalang, dan dalam kasus lain, foton yang sama sudah tidak berdaya untuk mengatasi apa pun. Fakta ini membuat kita bertanya-tanya apakah foton benar-benar universal atau apakah foton memiliki variasinya sendiri, sesuai dengan sifat berbagai radiasi elektromagnetik di Alam Semesta.

Kukira benar, tentukan masing-masing jenis radiasi variasinya sendiri foton. Sayangnya, gradasi seperti itu belum ada dalam ilmu pengetahuan modern. Namun hal ini tidak hanya mudah, tetapi juga sangat perlu untuk diperbaiki. Dan ini cukup dapat dimengerti, karena radiasi dan parameternya berubah, dan foton dalam interpretasi modern hanya diwakili oleh satu konsep umum - “foton”. Meskipun harus diakui bahwa dengan perubahan parameter radiasi dalam literatur referensi, parameter foton juga berubah.

Situasinya serupa dengan penerapan konsep umum “mobil” pada semua mereknya. Tapi merek-merek ini berbeda. Kita bisa membeli Lada, Mercedes, Volvo atau Toyota. Semuanya sesuai dengan konsep “mobil”, namun semuanya berbeda dalam tampilan, karakteristik teknis, dan biaya.

Oleh karena itu, logis jika, sebagai pembawa radiasi gamma, kita mengusulkan foton radiasi gamma, radiasi sinar-X - foton radiasi sinar-X, radiasi ultraviolet - foton radiasi ultraviolet, dll. Semua jenis foton ini akan berbeda satu sama lain dalam panjang putaran (panjang gelombang), kecepatan putaran (frekuensi getaran) dan energi yang dibawanya.

Foton sinar gamma dan sinar-X adalah pegas terkompresi dengan dimensi minimal dan energi terkonsentrasi dalam volume kecil ini. Oleh karena itu, mereka menunjukkan sifat-sifat partikel dan dengan mudah mengatasi rintangan saat bergerak antar molekul dan atom suatu materi.

Foton radiasi ultraviolet, cahaya tampak dan foton radiasi infra merah merupakan pegas yang sama, hanya diregangkan. Energi dalam foton-foton ini tetap sama, namun didistribusikan ke badan foton yang lebih memanjang. Menambah panjang foton memungkinkannya menunjukkan sifat-sifat gelombang. Namun, peningkatan diameter foton tidak memungkinkannya menembus antar molekul suatu zat.

Foton gelombang mikro dan radio memiliki struktur yang lebih meregang. Panjang gelombang radio bisa mencapai beberapa ribu kilometer, tetapi energinya paling sedikit. Mereka dengan mudah menembus penghalang, seolah-olah memasang penghalang ke dalam substansi, melewati molekul dan atom materi.

Di Alam Semesta, semua jenis foton secara bertahap diubah dari foton radiasi gamma. Foton sinar gamma adalah yang utama. Ketika bergerak di ruang angkasa, kecepatan rotasinya berkurang dan secara berturut-turut diubah menjadi foton radiasi sinar-X, dan selanjutnya menjadi foton radiasi ultraviolet, yang diubah menjadi foton cahaya tampak, dll.

Oleh karena itu, foton sinar gamma diubah menjadi foton sinar-X. Foton-foton ini akan memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dan kecepatan putaran yang lebih rendah. Kemudian foton sinar-X diubah menjadi foton ultraviolet, yang diubah menjadi cahaya tampak, dan seterusnya.

Contoh paling mencolok dari transformasi dinamika ini dapat diamati selama ledakan nuklir.

Ledakan nuklir dan zona dampak merusaknya

Selama ledakan nuklir, dalam beberapa detik, aliran foton radiasi gamma menembus lingkungan pada jarak kurang lebih 3 km. Selanjutnya, radiasi gamma berhenti, tetapi radiasi sinar-X terdeteksi. Saya percaya bahwa dalam kasus ini, foton radiasi gamma diubah menjadi foton radiasi sinar-X, dan secara berurutan menjadi foton radiasi ultraviolet, sinar tampak, dan inframerah. Aliran foton menyebabkan terjadinya faktor-faktor yang merusak ledakan nuklir - radiasi tembus, radiasi cahaya, dan kebakaran.

Dalam “The Depths of the Universe” kami memeriksa secara rinci struktur foton serta proses pembentukan dan fungsinya. Menjadi jelas bagi kita bahwa foton terdiri dari pecahan energi berbentuk cincin dengan diameter berbeda yang dihubungkan satu sama lain.

Struktur foton

Pecahan terbentuk dari partikel fundamental - gumpalan pusaran eter terkecil, yang sangat padat tenda. Kepadatan eterik ini sepenuhnya bersifat material, sama seperti eter dan seluruh dunia di sekitar kita adalah material. Kepadatan eterik menentukan indikator massa gumpalan pusaran halus. Massa gumpalan membentuk massa pecahan, dan membentuk massa foton. DAN tidak peduli apakah dia sedang bergerak atau diam. Oleh karena itu fotonnya utuh bahan dan memiliki definisi tersendiri massa baik dalam keadaan diam maupun bergerak.

Kami telah menerima konfirmasi langsung atas gagasan kami tentang struktur foton dan komposisinya selama percobaan. Saya berharap dalam waktu dekat kami akan mempublikasikan semua hasil yang diperoleh. Apalagi hasil serupa diperoleh di laboratorium asing. Jadi, ada alasan untuk percaya bahwa kita berada di jalur yang benar.

Jadi, kami telah menjawab sejumlah pertanyaan tentang foton.

Foton, dalam pemahaman kita, bukanlah sebuah partikel atau gelombang, melainkan sebuah pegas, yang dalam berbagai kondisi dapat dikompresi menjadi seukuran partikel, atau juga dapat meregang, memperlihatkan sifat-sifat gelombang.

Foton mempunyai ragamnya masing-masing tergantung pada jenis radiasinya dan dapat berupa foton radiasi gamma, foton sinar-X, foton ultraviolet, tampak, inframerah dan gelombang mikro, serta foton radio.

Foton bersifat material dan memiliki massa. Ini bukan partikel terkecil di Alam Semesta, tetapi terdiri dari gumpalan pusaran halus dan pecahan energi.

Saya memahami bahwa ini adalah interpretasi foton yang agak tidak terduga dan tidak biasa. Namun, saya tidak melanjutkan dari aturan dan postulat yang diterima secara umum yang diadopsi bertahun-tahun yang lalu tanpa kaitannya dengan proses perkembangan dunia secara umum. Dan dari logika, yang bersumber dari hukum-hukum struktur dunia, yang merupakan kunci pintu menuju Kebenaran.

Pada saat yang sama, pada tahun 2013, Hadiah Nobel dalam bidang fisika dianugerahkan kepada Peter Higgs dan Francois Engler, yang pada tahun 1964 secara independen menyarankan keberadaan partikel lain di alam - boson netral, yang, dengan tangan ringan dari peraih Nobel L. Lederman, disebut sebagai “sebuah partikel Tuhan”, yaitu prinsip fundamental, batu bata pertama yang menjadi dasar seluruh dunia di sekitar kita dibangun. Pada tahun 2012, saat melakukan eksperimen tumbukan berkas proton dengan kecepatan tinggi, dua komunitas ilmiah independen hampir secara bersamaan mengumumkan penemuan sebuah partikel yang parameternya bertepatan satu sama lain dan sesuai dengan nilai yang diprediksi oleh P. Higgs dan F. Engler.

Partikel tersebut adalah boson netral yang terdaftar selama percobaan, yang masa hidupnya tidak lebih dari 1,56 x 10 -22 detik, dan massanya lebih dari 100 kali massa proton. Partikel ini dikreditkan dengan kemampuan untuk memberikan massa pada segala materi yang ada di dunia ini - dari atom hingga sekelompok galaksi. Selain itu, diasumsikan bahwa partikel ini adalah bukti langsung adanya medan hipotetis tertentu, yang melaluinya semua partikel bertambah berat. Ini adalah penemuan yang ajaib.

Namun euforia umum atas penemuan ini tidak berlangsung lama. Karena muncul pertanyaan-pertanyaan yang mau tidak mau muncul. Memang benar, jika Higgs boson benar-benar merupakan “partikel Tuhan”, lalu mengapa “kehidupannya” begitu cepat berlalu? Pemahaman tentang Tuhan selalu dikaitkan dengan keabadian. Namun jika Tuhan itu kekal, maka setiap partikel-Nya pasti juga kekal. Itu logis dan bisa dimengerti. Namun “kehidupan” boson yang berlangsung sepersekian detik dengan dua puluh dua angka nol setelah koma tidak benar-benar cocok dengan keabadian. Sulit untuk menyebutnya sesaat.

Terlebih lagi, jika kita berbicara tentang “partikel Tuhan”, maka perlu dipahami dengan jelas bahwa partikel tersebut harus terletak di segala sesuatu yang mengelilingi kita dan mewakili entitas yang independen, berumur panjang, dan bervolume seminimal mungkin yang membentuk seluruh alam semesta. partikel yang dikenal di dunia kita.

Dari partikel-partikel ilahi ini, dunia kita harus dibangun secara bertahap, selangkah demi selangkah. Partikel harus terdiri dari mereka, atom harus terdiri dari partikel, dan seterusnya hingga bintang, galaksi, dan Alam Semesta. Semua bidang yang diketahui dan tidak diketahui juga harus dikaitkan dengan partikel ajaib ini dan tidak hanya mentransmisikan massa, tetapi juga interaksi lainnya. Menurut saya ini logis dan tidak bertentangan dengan akal sehat. Sebab, karena kita mengasosiasikan partikel ini dengan prinsip ketuhanan, maka kita harus mempunyai respon yang memadai terhadap harapan kita.

Namun, kita telah melihat bahwa massa Higgs boson jauh melebihi massa proton. Tapi bagaimana Anda bisa membangun sesuatu yang kecil dari sesuatu yang besar? Bagaimana cara memasukkan gajah ke dalam lubang tikus?! Mustahil.

Sejujurnya, keseluruhan topik ini tidak terlalu transparan dan tidak dapat dibenarkan. Meskipun mungkin saya kurang memahami sesuatu karena kurangnya kompetensi saya, namun Higgs boson, dalam keyakinan saya yang dalam, tidak terlalu cocok dengan “partikel Tuhan”.

Foton adalah masalah lain. Partikel luar biasa ini telah sepenuhnya mengubah kehidupan manusia di planet ini.

Berkat foton dari berbagai radiasi, kita melihat dunia di sekitar kita, menikmati sinar matahari dan kehangatan, mendengarkan musik dan menonton berita televisi, mendiagnosis dan merawat, memeriksa dan merusak logam, melihat ke luar angkasa dan menembus kedalaman materi, berkomunikasi dengan satu sama lain dari jarak jauh melalui telepon … Kehidupan tanpa foton tidak akan terpikirkan. Mereka bukan hanya bagian dari hidup kita. Itu adalah hidup kita.

Foton sebenarnya adalah instrumen utama komunikasi antara Manusia dan dunia di sekitarnya. Hanya mereka yang memungkinkan kita untuk terjun ke dunia sekitar kita dan, dengan bantuan penglihatan, penciuman, sentuhan dan rasa, memahaminya dan mengagumi keindahan dan keanekaragamannya. Semua ini berkat mereka - foton.

Dan selanjutnya. Ini mungkin hal yang utama. Hanya foton yang membawa cahaya! Dan menurut semua kanon agama, Tuhan melahirkan cahaya ini. Terlebih lagi, Tuhan itu terang!

Nah, bagaimana seseorang bisa melewati godaan dan tidak menyebutkan nama fotonnya? sebuah “partikel Tuhan” yang nyata! Foton dan hanya foton yang dapat mengklaim gelar tertinggi ini! Foton itu ringan! Foton adalah panas! Foton adalah semua kerusuhan warna di dunia! Foton adalah bau harum dan rasa halus! Tidak ada kehidupan tanpa foton! Dan jika hal itu terjadi, siapa yang butuh kehidupan seperti itu? Tanpa cahaya dan panas, tanpa rasa dan bau. Tidak seorang pun.

Oleh karena itu, jika kita membicarakannya partikel Tuhan, maka kita hanya perlu membicarakannya foton- tentang hadiah luar biasa yang diberikan kepada kita oleh Kekuatan Yang Lebih Tinggi. Namun meski begitu, hanya secara alegoris. Karena Tuhan tidak dapat memiliki partikel. Tuhan itu satu dan utuh dan tidak dapat dibagi menjadi partikel apa pun.

Dalam interpretasi modernnya, hipotesis kuantum menyatakan energi E getaran suatu atom atau molekul bisa sama dengan Hν, 2 Hν, 3 Hν, dst., tetapi tidak ada osilasi energi dalam interval antara dua bilangan bulat berurutan yang merupakan kelipatan . Ini berarti bahwa energi tidak bersifat kontinu, seperti yang diyakini selama berabad-abad, namun terkuantisasi , yaitu hanya ada dalam bagian-bagian terpisah yang ditentukan secara ketat. Bagian terkecil disebut kuantum energi . Hipotesis kuantum juga dapat dirumuskan sebagai pernyataan bahwa pada tingkat atom-molekul, getaran tidak terjadi dengan amplitudo apapun. Nilai amplitudo yang dapat diterima berhubungan dengan frekuensi osilasi ν .

Pada tahun 1905, Einstein mengemukakan gagasan berani yang menggeneralisasi hipotesis kuantum dan menjadikannya dasar bagi teori cahaya baru (teori kuantum efek fotolistrik). Menurut teori Einstein , ringan dengan frekuensiν Tidak hanya dipancarkan, seperti yang diasumsikan Planck, tetapi juga menyebar dan diserap oleh zat dalam porsi terpisah (kuanta), energi siapa. Dengan demikian, perambatan cahaya harus dianggap bukan sebagai proses gelombang kontinu, tetapi sebagai aliran kuanta cahaya diskrit yang terlokalisasi di ruang angkasa, bergerak dengan kecepatan rambat cahaya dalam ruang hampa ( Dengan). Kuantum radiasi elektromagnetik disebut foton .

Seperti yang telah kami katakan, emisi elektron dari permukaan logam di bawah pengaruh radiasi yang mengenainya sesuai dengan gagasan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik, karena medan listrik gelombang elektromagnetik bekerja pada elektron-elektron dalam logam dan menjatuhkan sebagian elektron tersebut. Namun Einstein menarik perhatian pada fakta bahwa rincian efek fotolistrik yang diprediksi oleh teori gelombang dan teori cahaya foton (sel kuantum) berbeda secara signifikan.

Jadi, kita dapat mengukur energi elektron yang dipancarkan berdasarkan teori gelombang dan foton. Untuk menjawab pertanyaan teori mana yang lebih disukai, mari kita perhatikan beberapa rincian efek fotolistrik.

Mari kita mulai dengan teori gelombang dan berasumsi demikian pelat tersebut disinari dengan cahaya monokromatik. Gelombang cahaya dicirikan oleh parameter berikut: intensitas dan frekuensi(atau panjang gelombang). Teori gelombang memperkirakan bahwa ketika karakteristik ini berubah, fenomena berikut akan terjadi:

· dengan meningkatnya intensitas cahaya, jumlah elektron yang dikeluarkan dan energi maksimumnya akan meningkat, karena intensitas cahaya yang lebih tinggi berarti amplitudo medan listrik yang lebih besar, dan medan listrik yang lebih kuat mengeluarkan elektron dengan energi yang lebih besar;

elektron tersingkir; energi kinetik hanya bergantung pada intensitas cahaya datang.

Teori foton (sel darah) meramalkan sesuatu yang sangat berbeda. Pertama-tama, kita perhatikan bahwa dalam berkas monokromatik semua foton memiliki energi yang sama (sama dengan Hν). Peningkatan intensitas berkas cahaya berarti peningkatan jumlah foton dalam berkas, namun tidak mempengaruhi energinya jika frekuensinya tetap tidak berubah. Menurut teori Einstein, sebuah elektron terlempar dari permukaan logam ketika sebuah foton bertabrakan dengannya. Dalam hal ini, seluruh energi foton ditransfer ke elektron, dan foton lenyap. Karena elektron ditahan di dalam logam oleh gaya tarik menarik; energi minimal diperlukan untuk menjatuhkan elektron dari permukaan logam A(yang disebut fungsi kerja dan, untuk sebagian besar logam, berada pada urutan beberapa elektron volt). Jika frekuensi cahaya datang kecil, maka energi dan energi foton tidak cukup untuk melumpuhkan elektron dari permukaan logam. Jika , maka elektron terbang keluar dari permukaan logam, dan energi dalam proses seperti itu dipertahankan, yaitu energi foton ( Hν) sama dengan energi kinetik elektron yang dipancarkan ditambah usaha menjatuhkan elektron dari logam:

Persamaan (2.3.1) disebut Persamaan Einstein untuk efek fotolistrik eksternal.

Berdasarkan pertimbangan tersebut, teori cahaya fotonik (sel darah) memperkirakan hal berikut.

1. Peningkatan intensitas cahaya berarti peningkatan jumlah foton yang datang, yang melumpuhkan lebih banyak elektron dari permukaan logam. Tetapi karena energi fotonnya sama, maka energi kinetik maksimum elektron tidak akan berubah ( dikonfirmasi SAYA hukum efek fotolistrik).

2. Dengan meningkatnya frekuensi cahaya datang, energi kinetik maksimum elektron meningkat secara linier sesuai dengan rumus Einstein (2.3.1). ( Konfirmasi II hukum efek fotolistrik). Grafik ketergantungan ini disajikan pada Gambar. 2.3.

,

Beras. 2.3

3. Jika frekuensi kurang dari frekuensi kritis, maka elektron tidak terlempar dari permukaan (III hukum).

Jadi, kita melihat bahwa prediksi teori sel (foton) sangat berbeda dengan prediksi teori gelombang, tetapi sangat bertepatan dengan tiga hukum efek fotolistrik yang ditetapkan secara eksperimental.

Persamaan Einstein dikonfirmasi oleh eksperimen Millikan yang dilakukan pada tahun 1913–1914. Perbedaan utama dari eksperimen Stoletov adalah permukaan logam dibersihkan dalam ruang hampa. Ketergantungan energi kinetik maksimum pada frekuensi dipelajari dan konstanta Planck ditentukan H.

Pada tahun 1926, fisikawan Rusia P.I. Lukirsky dan S.S. Prilezhaev menggunakan metode kapasitor bola vakum untuk mempelajari efek fotolistrik. Anodanya adalah dinding silinder bola kaca berlapis perak, dan katodanya adalah bola ( R≈ 1,5 cm) dari logam yang diteliti, ditempatkan di tengah bola. Bentuk elektroda ini memungkinkan untuk meningkatkan kemiringan karakteristik tegangan arus dan dengan demikian menentukan tegangan retardasi dengan lebih akurat (dan, akibatnya, H). Nilai konstanta Planck H, yang diperoleh dari eksperimen ini, konsisten dengan nilai yang ditemukan dengan metode lain (dari radiasi benda hitam dan dari tepi panjang gelombang pendek spektrum sinar-X kontinu). Semua ini adalah bukti kebenaran persamaan Einstein, dan sekaligus teori kuantumnya tentang efek fotolistrik.

Untuk menjelaskan radiasi termal, Planck mengusulkan bahwa cahaya dipancarkan dalam bentuk kuanta. Einstein, ketika menjelaskan efek fotolistrik, mengemukakan bahwa cahaya diserap oleh kuanta. Einstein juga mengemukakan bahwa cahaya merambat dengan kuanta, yaitu. dalam porsi. Kuantum energi cahaya disebut foton . Itu. sekali lagi kita sampai pada konsep sel darah (partikel).

Konfirmasi paling langsung terhadap hipotesis Einstein diberikan oleh eksperimen Bothe, yang menggunakan metode kebetulan (Gbr. 2.4).

Beras. 2.4

Kertas logam tipis F ditempatkan di antara dua penghitung pelepasan gas SCH. Foil tersebut diterangi oleh berkas sinar-X yang lemah, di bawah pengaruhnya ia menjadi sumber sinar-X (fenomena ini disebut fluoresensi sinar-X). Karena intensitas sinar primer yang rendah, jumlah kuanta yang dipancarkan oleh foil menjadi kecil. Ketika kuanta mengenai penghitung, mekanismenya terpicu dan tanda dibuat pada pita kertas bergerak. Jika energi yang dipancarkan didistribusikan secara merata ke segala arah, sebagai berikut dari konsep gelombang, kedua penghitung harus beroperasi secara bersamaan dan tanda pada pita akan berlawanan satu sama lain. Kenyataannya, ada susunan tanda yang acak-acakan. Hal ini hanya dapat dijelaskan oleh fakta bahwa dalam aksi emisi tertentu, partikel cahaya muncul, terbang ke satu arah atau lainnya. Dengan cara inilah keberadaan partikel cahaya khusus – foton – dibuktikan secara eksperimental.

Sebuah foton memiliki energi . Untuk cahaya tampak, panjang gelombang λ = 0,5 µm dan energi E= 2,2 eV, untuk sinar-X λ = µm dan E= 0,5 eV.

Foton memiliki massa inersia , yang dapat ditemukan dari relasi:

Foton bergerak dengan kecepatan cahaya C= 3·10 8 m/s. Mari kita substitusikan nilai kecepatan ini ke dalam ekspresi massa relativistik:

.

Foton adalah partikel yang tidak mempunyai massa diam. Ia hanya bisa ada dengan bergerak dengan kecepatan cahaya c .

Mari kita temukan hubungan antara energi dan momentum foton.

Kita mengetahui ungkapan relativistik untuk momentum:

Dan untuk energi:

Orang telah lama terbiasa dengan kenyataan bahwa salah satu ciri suatu materi adalah massa. Hal ini melekat tidak hanya pada objek besar seperti planet dan bintang, tetapi juga pada analoginya dari dunia mikro yang tidak terlihat - proton dan elektron. Pak pada suatu waktu dengan cemerlang membuktikan hubungan antara massa yang dimiliki suatu benda. Dalam kerangka teorinya, perhitungan mekanika langit masih berhasil dilakukan. Beberapa waktu setelah terciptanya teori Newton, muncul kebutuhan untuk modifikasi yang signifikan, karena beberapa fenomena masih tidak dapat dijelaskan. A. Einstein memecahkan masalah ini dengan merumuskan “teori khususnya”. Pada saat yang sama, rumus terkenal E=m*(c*c) muncul, menunjukkan hubungan antara energi, massa dan Menerapkan rumus tersebut pada partikel, dengan cepat menjadi jelas bahwa massa foton adalah nol. Pada pandangan pertama, ini bertentangan dengan akal sehat, tapi memang begitulah adanya. Massa foton pada kecepatan geraknya nol adalah nol. Namun ketika sebuah partikel mencapai kecepatan 300 ribu km/s, ia memperoleh massa seperti biasanya. Namun, belakangan ini massa foton diyakini masih nol. Dan nilai yang diperoleh dari rumus H*v = m*(c*c) adalah Jadi, berapa sebenarnya massa fotonnya? Memang ada rumusnya. Hanya saja lebih kompleks dan perhitungannya dilakukan melalui nilai momentum suatu partikel.

Karena energi E untuk sebuah foton sama dengan H*v, maka massanya dapat ditentukan dengan rumus:

m = (H*v) / (c*c)

Namun karena foton, pada kenyataannya, karena ringan, pada dasarnya tidak dapat eksis pada kecepatan kurang dari “s” (300 ribu km/s), maka massa yang ditemukan di atas hanya berlaku untuk keadaan gerak.

Dorongan itu dapat ditemukan melalui

p=(m*v) / kuadrat (1- (v*v) / (c*c))

Kehadiran momentum menunjukkan energi. Memang benar, jika Anda meletakkan tangan di bawah sinar matahari di hari musim panas, Anda jelas akan merasakan hangatnya. Fenomena ini dapat dijelaskan melalui perpindahan energi yang dilakukan oleh suatu partikel bermassa tertentu yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Inilah yang diamati sehubungan dengan cahaya. Inilah sebabnya mengapa massa dan momentum foton sangat penting, meskipun dalam kasus ini tidak selalu mungkin untuk beroperasi dengan konsep yang sudah dikenal.

Banyak forum internet mengadakan perdebatan tentang sifat cahaya dan cara melakukan perhitungan. Jelasnya, pertanyaan tentang berapa massa foton belum dapat dianggap selesai. Model-model baru memungkinkan untuk menjelaskan proses yang diamati dengan cara yang sangat berbeda. Hal ini selalu terjadi dalam sains: misalnya, pada awalnya teori Newton dianggap lengkap dan logis, namun segera menjadi jelas bahwa sejumlah amandemen diperlukan. Meskipun demikian, tidak ada yang menghalangi orang untuk menggunakan sifat-sifat yang diketahui yang telah dipelajari orang untuk melihat dalam kegelapan dengan bantuan instrumen; pintu supermarket terbuka secara otomatis untuk pengunjung; jaringan optik telah memungkinkan tercapainya kecepatan transmisi data digital yang belum pernah terjadi sebelumnya; dan perangkat khusus memungkinkan untuk mengubah energi sinar matahari menjadi listrik.

Mengapa foton yang diam tidak mempunyai massa (dan tidak ada sama sekali)? Ada beberapa penjelasan mengenai hal ini. Pertama, kesimpulan ini mengikuti rumus. Kedua, karena cahaya memiliki sifat ganda (yaitu gelombang dan aliran partikel), maka jelaslah konsep massa sama sekali tidak dapat diterapkan pada radiasi. Yang ketiga logis: bayangkan roda yang berputar dengan cepat. Jika Anda melihatnya, alih-alih jeruji, Anda bisa melihat semacam kabut, kabut. Namun begitu Anda mulai mengurangi kecepatan putaran, kabut berangsur-angsur menghilang, dan setelah berhenti total, hanya jari-jari yang tersisa. Dalam contoh ini, kabut adalah partikel yang disebut “foton”. Itu hanya dapat diamati saat bergerak, dan pada kecepatan yang ditentukan secara ketat. Jika kecepatannya turun di bawah 300 ribu km/s, maka fotonnya menghilang.