Цацрагийн долгион ба корпускуляр шинж чанарын хоёрдмол байдал. Долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал

Долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал– бөөмс (корпускул) ба долгионы шинж тэмдгийг илрүүлэх аливаа бичил бөөмийн шинж чанар. Долгион бөөмийн хоёрдмол байдал нь энгийн бөөмсүүдэд хамгийн тод илэрдэг. Электрон, нейтрон, фотон нь зарим нөхцөлд сансар огторгуйд сайн байршилтай материаллаг биет (бөөмс) шиг, сонгодог траекторийн дагуу тодорхой энерги, импульстэй хөдөлж, бусад тохиолдолд долгион шиг ажилладаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийн үйл ажиллагааны чадвараараа илэрдэг. интерференц ба дифракц. Тиймээс чөлөөт электронууд дээр тархсан цахилгаан соронзон долгион нь цахилгаан соронзон орны квант болох фотонуудын бие даасан бөөмсийн урсгал шиг ажилладаг (Комптон эффект) бөгөөд фотоны импульс нь p = h / λ томъёогоор тодорхойлогддог. Энд λ нь цахилгаан соронзон долгионы урт, h нь Планкийн тогтмол . Энэ томъёо нь өөрөө хоёрдмол үзлийн нотолгоо юм. Үүний зүүн талд бие даасан бөөмийн (фотон) импульс, баруун талд фотоны долгионы урт байна.

Бидний тоосонцор гэж үздэг электронуудын хоёрдмол байдал нь нэг талст гадаргуугаас тусгахад электронуудын долгионы шинж чанарын илрэл болох дифракцийн хэв маяг ажиглагдаж байгаагаар илэрдэг. Электроны корпускуляр ба долгионы шинж чанаруудын тоон хамаарал нь фотоныхтай адил байна: р = h/λ (р нь электроны импульс, λ нь де Бройлийн долгионы урт). Долгион бөөмийн хоёрдмол байдал нь квант физикийн үндэс юм.

Долгион (үслэг) нь орон зайд тодорхой эзэлхүүнийг эзэлдэг материаллаг орчинтой үргэлж холбоотой үйл явц юм.

64. Де Бройль долгион. Электрон дифракц Бичил бөөмийн долгионы шинж чанар. Материйн корпускуляр-долгионы шинж чанарын талаархи санаа бодлыг хөгжүүлэх нь бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөний долгионы шинж чанарын талаархи таамаглалд хүлээн авсан. Луис де Бройль байгаль дээрх матери ба гэрлийн бөөмсийн тэгш хэмийн үзэл санаанаас аливаа бичил бөөмсийг тодорхой дотоод үечилсэн үйл явцтай холбосон (1924). E = hν ба E = mc 2 томъёог нэгтгэснээр тэрээр аливаа бөөмс өөрийн гэсэн утгатай болохыг харуулсан хамаарлыг олж авсан. : λ B = h/mv = h/p, энд p нь долгион-бөөмийн импульс юм. Жишээлбэл, 10 эВ энергитэй электроны хувьд де Бройль долгионы урт нь 0.388 нм байна. Дараа нь квант механик дахь микро бөөмийн төлөвийг тодорхой цогцолбороор дүрсэлж болохыг харуулсан. долгионы функц координат Ψ(q) ба энэ функцийн квадрат модуль |Ψ| 2 нь координатын утгуудын магадлалын тархалтыг тодорхойлдог. Энэ функцийг анх 1926 онд Шредингер квант механикт нэвтрүүлсэн.Иймээс де Бройль долгион нь энергийг зөөдөггүй, зөвхөн орон зай дахь зарим магадлалын үечилсэн үйл явцын "фазын тархалтыг" тусгадаг. Үүний үр дүнд бичил ертөнцийн объектуудын төлөв байдлын тодорхойлолт нь юм магадлалын шинж чанар, сонгодог механикийн хуулиар дүрслэгдсэн макро ертөнцийн объектуудаас ялгаатай.

Германы физикч Элзассер бичил бөөмсийн долгионы шинж чанарын тухай де Бройлийн санааг батлахын тулд талстыг ашиглан электрон дифракцийг ажиглахыг санал болгов (1925). АНУ-д К.Дэвиссон, Л.Гермер нар никелийн болор хавтангаар электрон цацраг өнгөрөх үед дифракцийн үзэгдлийг нээсэн (1927). Тэдгээрээс үл хамааран металл тугалган цаасаар дамжин өнгөрөх электронуудын дифракцийг Английн Ж.П.Томсон, П.С. Тартаковский ЗХУ-д. Ийнхүү де Бройлигийн материйн долгионы шинж чанарын тухай санаа туршилтаар батлагдлаа. Дараа нь атом ба молекулын цацрагт дифракц, улмаар долгионы шинж чанарыг олж илрүүлсэн. Зөвхөн фотон ба электронууд төдийгүй бүх бичил хэсгүүд бөөмс долгионы шинж чанартай байдаг.

Микробөөмийн долгионы шинж чанарыг нээсэн нь сонгодог физикийн үүднээс чанарын хувьд ялгаатай гэж үздэг талбар (тасралтгүй) ба материйн (дискрет) хэлбэрүүд нь тодорхой нөхцөлд эдгээр хоёр хэлбэрт хамаарах шинж чанарыг харуулж чаддаг болохыг харуулсан. Энэ нь эдгээр материйн хэлбэрүүдийн нэгдмэл байдлын тухай өгүүлдэг. Тэдний шинж чанарыг бүрэн тайлбарлах нь зөвхөн эсрэг тэсрэг, гэхдээ нэмэлт санаануудын үндсэн дээр боломжтой юм.

Танилцуулга

Бараг нэгэн зэрэг гэрлийн хоёр онолыг дэвшүүлсэн: Ньютоны корпускуляр онол ба Гюйгенсийн долгионы онол.

17-р зууны төгсгөлд Ньютоны дэвшүүлсэн корпускулярын онол буюу гадагш урсгалын онолын дагуу гэрэлт биетүүд бүх чиглэлд шулуун нисдэг жижиг хэсгүүд (корпускулууд) ялгаруулж, нүд рүү ороход гэрлийн мэдрэмжийг үүсгэдэг. .

Долгионы онолын дагуу гэрэлтдэг бие нь агаарт дууны долгион шиг эфирт тархдаг сансрын орон зайг бүхэлд нь буюу дэлхийн эфирийг дүүргэх тусгай орчинд уян чичиргээ үүсгэдэг.

Ньютон, Гюйгенсийн үед ихэнх эрдэмтэд Ньютоны корпускуляр онолыг баримталдаг байсан бөгөөд энэ нь тухайн үед мэдэгдэж байсан гэрлийн бүх үзэгдлийг хангалттай тайлбарласан байв. Гэрлийн тусгалыг хавтгайд цохиулах үед уян харимхай биетүүдийн тусгалтай адилаар тайлбарлав. Гэрлийн хугарлыг илүү нягт орчноос корпускулуудад их хэмжээний татах хүчний үйлчлэлээр тайлбарлав. Ньютоны онолын дагуу өөрсдийгөө илэрдэг эдгээр хүчний нөлөөн дор илүү нягт орчинд ойртох үед гэрлийн биетүүд энэ орчны хил рүү перпендикуляр чиглэсэн хурдатгал авч, үүний үр дүнд хөдөлгөөний чиглэлийг өөрчилдөг. Үүний зэрэгцээ тэдний хурдыг нэмэгдүүлсэн. Бусад гэрлийн үзэгдлүүдийг үүнтэй адил тайлбарлав.

Үүний дараа гарч ирсэн шинэ ажиглалтууд энэ онолын хүрээнд тохирохгүй байв. Ялангуяа усан дахь гэрлийн тархалтын хурдыг хэмжихэд энэ онолын үл нийцэлийг олж мэдсэн. Энэ нь агаарт байгаагаас илүү биш, харин бага байсан.

19-р зууны эхээр Гюйгенсийн долгионы онолыг үеийнхэн нь хүлээн зөвшөөрөөгүйг Янг, Френель нар боловсруулж, сайжруулж, бүх нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн. Өнгөрсөн зууны 60-аад онд Максвелл цахилгаан соронзон орны онолыг боловсруулсны дараа гэрэл нь цахилгаан соронзон долгион болох нь тогтоогджээ. Ийнхүү гэрлийн долгионы механик онолыг долгионы цахилгаан соронзон онолоор сольсон. Гэрлийн долгион (харагдах спектр) нь цахилгаан соронзон долгионы хуваарийн дагуу 0.4-0.7 микрон хүрээг эзэлдэг. Цацраг туяаг тасралтгүй үйл явц гэж үздэг Максвеллийн гэрлийн долгионы онол нь шинээр нээгдсэн оптик үзэгдлүүдийн заримыг тайлбарлаж чадаагүй юм. Үүнийг гэрлийн квант онолоор нөхсөн бөгөөд үүний дагуу гэрлийн долгионы энерги ялгардаг, тархдаг, тасралтгүй биш, харин зөвхөн гэрлийн долгионы уртаас хамаардаг тодорхой хэсгүүдэд - гэрлийн квантууд эсвэл фотонуудад шингэдэг. Тиймээс орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу гэрэл нь долгионы болон корпускуляр шинж чанартай байдаг.

Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо

Цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй фазын зөрүүтэй орон зайн цэг бүрт хэлбэлзэл үүсгэдэг долгионыг когерент гэнэ. Энэ тохиолдолд фазын ялгаа нь тогтмол, гэхдээ ерөнхийдөө орон зайн өөр өөр цэгүүдэд өөр өөр утгатай байдаг. Ижил давтамжтай долгион л уялдаатай байх нь ойлгомжтой.

Хэд хэдэн когерент долгионууд орон зайд тархах үед эдгээр долгионы үүсгэсэн хэлбэлзэл нь зарим цэгт бие биенээ бэхжүүлж, зарим үед бие биенээ сулруулдаг. Энэ үзэгдлийг долгионы интерференц гэж нэрлэдэг. Ямар ч физик шинж чанартай долгион саад болно. Бид гэрлийн долгионы хөндлөнгийн оролцоог авч үзэх болно.

Когерент долгионы эх үүсвэрийг когерент гэж бас нэрлэдэг. Тодорхой гадаргууг хэд хэдэн уялдаатай гэрлийн эх үүсвэрээр гэрэлтүүлэхэд энэ гадаргуу дээр ихэвчлэн ээлжлэн гэрэл ба бараан судлууд гарч ирдэг.

Хоёр бие даасан гэрлийн эх үүсвэр, жишээлбэл, хоёр цахилгаан чийдэн нь хоорондоо уялдаа холбоогүй байдаг. Тэдний ялгаруулж буй гэрлийн долгион нь бие даасан атомуудаас ялгарах олон тооны долгионы нэмэлт үр дүн юм. Атомуудын долгионы ялгаралт нь санамсаргүй байдлаар явагддаг тул хоёр эх үүсвэрээс ялгарах долгионы үе шатуудын хооронд тогтмол хамаарал байдаггүй.

Гадаргууг уялдаа холбоогүй эх үүсвэрээр гэрэлтүүлэх үед интерференцийн шинж чанартай гэрэл ба бараан судлууд ээлжлэн харагдахгүй. Цэг бүрийн гэрэлтүүлэг нь эх үүсвэр тус бүрийн тус тусад нь үүсгэсэн гэрэлтүүлгийн нийлбэртэй тэнцүү байна.

Когерент долгион нь гэрлийн цацрагийг нэг эх үүсвэрээс хоёр буюу түүнээс дээш тусдаа цацраг болгон хуваах замаар үүсдэг.

Хувьсах зузаантай тунгалаг хавтанг, ялангуяа шаантаг хэлбэртэй хавтанг монохромат (нэг өнгөт) туяагаар гэрэлтүүлэх үед гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо ажиглагдаж болно. Ажиглагчийн нүд нь хавтангийн урд болон арын гадаргуугаас туссан долгионыг хүлээн авах болно. Хөндлөнгийн үр дүн нь хоёр долгионы хоорондох фазын зөрүүгээр тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь хавтангийн зузаанаас хамааран аажмаар өөрчлөгддөг. Гэрэлтүүлэг нь зохих ёсоор өөрчлөгддөг: хэрэв хавтангийн гадаргуу дээрх тодорхой цэг дэх хөндлөнгийн долгионы зам дахь ялгаа нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцүү бол энэ үед фазын зөрүүтэй бол гадаргуу нь гэрэлтэх болно; хагас долгионы сондгой тоо, энэ нь харанхуй болно.

Хавтгай-параллель хавтанг параллель цацрагаар гэрэлтүүлэх үед түүний урд болон хойд гадаргуугаас туссан гэрлийн долгионы фазын ялгаа бүх цэгүүдэд ижил байна - хавтан жигд гэрэлтсэн мэт харагдах болно.

Бага зэрэг гүдгэр шилийг хавтгайтай холбох цэгийн эргэн тойронд монохромат гэрлээр гэрэлтүүлэх үед харанхуй, цайвар цагиргууд ажиглагддаг - Ньютоны цагиргууд гэж нэрлэгддэг. Энд хоёр шилний хоорондох хамгийн нимгэн агаарын давхарга нь төвлөрсөн тойрог дагуу тогтмол зузаантай, цацруулагч хальсны үүрэг гүйцэтгэдэг.

Гэрлийн дифракци.

Гэрлийн долгион нь нэгэн төрлийн орчинд тархах үед урд талын геометрийн хэлбэрийг өөрчилдөггүй. Гэсэн хэдий ч гэрэл нь нэг төрлийн бус орчинд, жишээлбэл, тунгалаг дэлгэц, хугарлын илтгэгчийн харьцангуй огцом өөрчлөлт бүхий орон зайн хэсгүүд гэх мэт орчинд тархдаг бол долгионы фронтын гажуудал ажиглагддаг. Энэ тохиолдолд гэрлийн долгионы эрчмийг дахин хуваарилах нь орон зайд тохиолддог. Жишээлбэл, сүүдрийн хил дээр гэрлийн цэгийн эх үүсвэр бүхий тунгалаг дэлгэцийг гэрэлтүүлэх үед геометрийн оптикийн хуулиудын дагуу сүүдэрээс гэрэл рүү огцом шилжилт хийх ёстой бөгөөд хэд хэдэн бараан, цайвар судалтай байдаг. гэрлийн хэсэг нь геометрийн сүүдрийн бүсэд нэвтэрдэг; Эдгээр үзэгдлүүд нь гэрлийн дифракцтай холбоотой.

Нарийн утгаараа гэрлийн дифракци гэдэг нь тунгалаг биетүүдийн контурын эргэн тойронд гэрэл гулзайлгах, геометрийн сүүдрийн бүсэд гэрэл орж ирэх үзэгдэл юм; өргөн утгаараа геометрийн оптикийн хуулиас гэрлийн тархалтын аливаа хазайлт.

Зоммерфельдын тодорхойлолт: Гэрлийн дифракцийг тасралтгүй өөрчлөгддөг хугарлын илтгэгч орчинд гэрлийн цацрагийн тусгал, хугарал, гулзайлтын үр дүнд тайлбарлах боломжгүй бол шулуун шугаман тархалтаас хазайлт гэж ойлгодог.

Хэрэв орчин нь жижиг хэсгүүд (манан) агуулдаг эсвэл хугарлын индекс нь долгионы уртын дарааллын зайд мэдэгдэхүйц өөрчлөгддөг бол эдгээр тохиолдолд бид гэрлийн тархалтын тухай ярьж, "дифракц" гэсэн нэр томъёог ашигладаггүй.

Хоёр төрлийн гэрлийн дифракц байдаг. Саадаас хязгаарлагдмал зайд байрлах ажиглалтын цэг дээрх дифракцийн хэв маягийг судалснаар бид Фреснелийн дифракцийг шийдэж байна. Хэрэв ажиглалтын цэг ба гэрлийн эх үүсвэр нь саад тотгороос маш хол байрладаг бол тухайн сааданд туссан цацрагууд ба ажиглалтын цэг рүү явж буй туяаг параллель цацраг гэж үзэж болох юм бол бид зэрэгцээ туяа дахь дифракцын тухай ярих болно - Фраунхоферын дифракц.

Дифракцийн онол нь долгионы тархалтын замд ямар нэгэн саад бэрхшээл байгаа тохиолдолд долгионы процессыг авч үздэг.

Дифракцийн онолыг ашиглан акустик дэлгэц ашиглан дуу чимээнээс хамгаалах, дэлхийн гадаргуу дээрх радио долгионы тархалт, оптик багажийн ажиллагаа (линзээр өгсөн зураг нь үргэлж дифракцийн загвар байдаг тул), гадаргуугийн чанарын хэмжилт зэрэг асуудлууд. бодисын бүтцийг судлах, бусад олон асуудлыг шийдэж байна.

Гэрлийн туйлшрал

Гэрлийн долгионы шинж чанарыг нотлоход үйлчилсэн интерференц ба дифракцийн үзэгдлүүд гэрлийн долгионы мөн чанарын бүрэн дүр зургийг хараахан өгч чадахгүй байна. Кристалууд, ялангуяа турмалинаар дамжуулан гэрлийг дамжуулах туршлага бидэнд шинэ шинж чанаруудыг нээж өгдөг.

Тэгш өнцөгтийн нэг тал нь талст доторх тодорхой чиглэлтэй давхцаж, оптик тэнхлэг гэж нэрлэгддэг хоёр ижил тэгш өнцөгт турмалин хавтанг авъя. Тэдний тэнхлэгүүд чиглэлийн дагуу давхцаж, дэнлүү эсвэл нарны гэрлийн нарийхан туяаг атираат хос ялтсуудаар дамжуулж, нэг хавтанг нөгөөгийнхөө дээр байрлуулцгаая. Турмалин нь хүрэн ногоон талст тул дамжуулсан цацрагийн ул мөр нь хар ногоон толбо хэлбэрээр дэлгэцэн дээр гарч ирнэ. Цацрагийн эргэн тойронд ялтсуудын нэгийг эргүүлж, хоёр дахь нь хөдөлгөөнгүй орхиж эхэлцгээе. Цацрагийн ул мөр суларч, хавтанг 90 0 эргүүлэх үед энэ нь бүрэн алга болно гэдгийг бид олж мэдэх болно. Хавтанг цааш эргүүлэх тусам өнгөрч буй цацраг дахин эрчимжиж, хавтан 180 0 эргэх үед өмнөх эрчмдээ хүрнэ, өөрөөр хэлбэл. ялтсуудын оптик тэнхлэгүүд дахин параллель байх үед. Турмалиныг цааш эргүүлэх тусам цацраг дахин суларч байна.

Дараах дүгнэлтийг хийвэл ажиглагдсан бүх үзэгдлийг тайлбарлаж болно.

1) Цацрагийн гэрлийн чичиргээ нь гэрлийн тархалтын шугамд перпендикуляр чиглэнэ (гэрлийн долгион нь хөндлөн).

2) Турмалин нь гэрлийн чичиргээг өөрийн тэнхлэгтэй харьцуулахад тодорхой чиглэлд чиглүүлэх үед л дамжуулах чадвартай.

3) Дэнлүүний (нарны) гэрэлд ямар ч чиглэлийн хөндлөн чичиргээнүүд гарч ирдэг бөгөөд үүнээс гадна нэг чиглэл давамгайлахгүйн тулд ижил харьцаатай байдаг.

Дүгнэлт 3-д байгалийн гэрэл яагаад турмалинаар ямар ч чиглэлд ижил хэмжээгээр дамждагийг тайлбарласан боловч 2-р дүгнэлтийн дагуу турмалин нь зөвхөн тодорхой чиглэлд гэрлийн чичиргээг дамжуулах чадвартай байдаг. Турмалинаар дамжин байгалийн гэрлийг нэвтрүүлэх нь зөвхөн турмалинаар дамжих боломжтой хөндлөн чичиргээг сонгоход хүргэдэг. Тиймээс турмалинаар дамжин өнгөрөх гэрэл нь турмалины тэнхлэгийн чиг баримжаагаар тодорхойлогддог нэг чиглэлд хөндлөн чичиргээний багц байх болно. Бид ийм гэрлийг шугаман туйлширсан, хэлбэлзлийн чиглэл ба гэрлийн цацрагийн тэнхлэгийг агуулсан хавтгайг туйлшралын хавтгай гэж нэрлэх болно.

Одоо дараалсан хоёр турмалин хавтангаар гэрлийг нэвтрүүлэх туршилт тодорхой болж байна. Эхний хавтан нь түүгээр дамжин өнгөрөх гэрлийн туяаг туйлшруулж, зөвхөн нэг чиглэлд хэлбэлздэг. Эдгээр чичиргээ нь зөвхөн хоёр дахь турмалинаар дамжих чичиргээний чиглэлтэй давхцаж байвал л хоёр дахь турмалинаар дамжин өнгөрөх боломжтой. түүний тэнхлэг нь эхний тэнхлэгтэй параллель байх үед. Хэрэв туйлширсан гэрлийн чичиргээний чиглэл нь хоёр дахь турмалинаар дамжих чичиргээний чиглэлтэй перпендикуляр байвал гэрэл бүрэн саатах болно. Хэрэв туйлширсан гэрлийн чичиргээний чиглэл нь турмалинаар дамжих чиглэлтэй хурц өнцөг үүсгэдэг бол чичиргээ нь зөвхөн хэсэгчлэн дамжих болно.

Гэрлийн тархалт

Ньютон телескопыг сайжруулах оролдлоготой холбоотойгоор гэрлийн хугарлын үед ажиглагдсан өнгөний судалгаанд ханджээ. Хамгийн сайн чанарын линз авахын тулд Ньютон зургийн гол дутагдал нь өнгөт ирмэгүүд байсан гэдэгт итгэлтэй байв. Ньютон хугарлын үеийн өнгийг судлах замаар хамгийн том оптик нээлтээ хийсэн.

Ньютоны нээлтүүдийн мөн чанарыг дараах туршилтуудаар дүрслэн харуулав (Зураг 1) дэнлүүний гэрэл нь нарийхан S нүхийг гэрэлтүүлдэг (зураг). L линзийг ашиглан цоорхойн дүрсийг MN дэлгэц дээр богино цагаан тэгш өнцөгт S` хэлбэрээр авна. Зам дээр ирмэг нь ангархайтай параллель P призмийг байрлуулснаар бид ангархайн дүрс шилжиж, өнгөт судал болж хувирах ба улаанаас ягаан хүртэл өнгөний шилжилт нь ажиглагдсантай төстэй болохыг олж мэднэ. солонгонд. Ньютон энэ солонгын зургийг спектр гэж нэрлэсэн.

Хэрэв та цоорхойг өнгөт шилээр бүрхсэн бол, i.e. Хэрэв та призм рүү цагаан гэрлийн оронд өнгөт гэрлийг чиглүүлбэл ангархайн дүрс нь спектрийн харгалзах газарт байрлах өнгөт тэгш өнцөгт болж багасна, өөрөөр хэлбэл. өнгөнөөс хамааран гэрэл нь анхны S` дүрсээс өөр өөр өнцгөөр хазайх болно. Тайлбарласан ажиглалтаас харахад өөр өөр өнгийн туяа призмээр өөр өөр хугардаг.

Ньютон энэ чухал дүгнэлтийг олон туршилтаар баталгаажуулсан. Тэдгээрийн хамгийн чухал нь спектрээс тусгаарлагдсан янз бүрийн өнгөт цацрагийн хугарлын илтгэгчийг тодорхойлох явдал байв. Энэ зорилгоор спектрийг олж авах дэлгэцийн MN-д нүхийг зүссэн; Дэлгэцийг хөдөлгөснөөр нүхээр нэг эсвэл өөр өнгийн нарийн цацрагийг гаргах боломжтой байв. Нэг төрлийн цацрагийг тусгаарлах энэ арга нь өнгөт шил ашиглан тусгаарлахаас илүү дэвшилтэт арга юм. Хоёрдахь призмээр хугарсан ийм тусгаарлагдсан цацраг нь туузыг сунгахаа больсныг туршилтаар олж мэдсэн. Ийм цацраг нь тодорхой хугарлын илтгэгчтэй тохирч, утга нь сонгосон цацрагийн өнгөнөөс хамаарна.

Тайлбарласан туршилтууд нь спектрээс тусгаарлагдсан нарийн өнгөт цацрагийн хугарлын илтгэгч нь маш тодорхой утгатай байдаг бол цагаан гэрлийн хугарал нь зөвхөн энэ индексийн нэг утгаараа ойролцоогоор тодорхойлогддог болохыг харуулж байна. Ньютон ижил төстэй ажиглалтуудыг харьцуулахдаа призмээр дамжин өнгөрөхөд задардаггүй энгийн өнгө, хугарлын янз бүрийн үзүүлэлттэй энгийн өнгөний багцыг төлөөлдөг нийлмэл өнгө байдаг гэж дүгнэжээ. Ялангуяа нарны гэрэл нь призмийн тусламжтайгаар задардаг өнгөний хослол бөгөөд ангархайн спектрийн дүрсийг өгдөг.

Тиймээс Ньютоны үндсэн туршилтууд нь хоёр чухал нээлтийг агуулж байв.

1) Янз бүрийн өнгөт гэрэл нь тухайн бодис дахь өөр өөр хугарлын индексээр тодорхойлогддог (тархалт).

2) Цагаан өнгө нь энгийн өнгөний цуглуулга юм.

Янз бүрийн өнгө нь гэрлийн долгионы урттай тохирч байгааг бид одоо мэднэ. Тиймээс Ньютоны анхны нээлтийг дараах байдлаар томъёолж болно.

Бодисын хугарлын илтгэгч нь гэрлийн долгионы уртаас хамаарна.

Энэ нь ихэвчлэн долгионы урт буурах тусам нэмэгддэг.

Планкийн таамаглал

Халаасан хатуу биетийн цацрагийг тайлбарлах сонгодог онолын бэрхшээлийг даван туулахын тулд Германы физикч Макс Планк 1900 онд. онолын физикт жинхэнэ хувьслын эхлэлийг тавьсан таамаглалыг илэрхийлэв. Энэ таамаглалын утга нь цахилгаан соронзон цацрагтай тэнцвэрт байгаа хэлбэлзлийн системийн энергийн нөөц ямар ч утгыг авч чадахгүй гэсэн үг юм. Цахилгаан соронзон долгионыг шингээж, цацруулдаг энгийн системийн энерги нь тодорхой хэмжээний энергийн бүхэл үржвэртэй тэнцүү байх ёстой.

Системийн шингээх буюу ялгаруулах энергийн хамгийн бага хэмжээг энергийн квант гэж нэрлэдэг. Е квантийн энерги нь хэлбэлзлийн v давтамжтай пропорциональ байх ёстой:

E= hv .

Пропорциональ хүчин зүйл hЭнэ илэрхийллийг Планкийн тогтмол гэж нэрлэдэг. Планкийн тогтмол нь

6,6261937 . 10 -34 Ж . -тай

Планкийн тогтмолыг заримдаа үйл ажиллагааны квант гэж нэрлэдэг. h хэмжээс нь өнцгийн импульсийн хэмжээстэй давхцаж байгааг анхаарна уу.

Энэхүү шинэ санаан дээр үндэслэн Планк спектр дэх энергийн тархалтын хуулийг олж авсан бөгөөд энэ нь туршилтын өгөгдөлтэй сайн тохирч байна. Онолын хувьд таамагласан хуулийн туршилттай сайн тохирч байгаа нь Планкийн квант таамаглалыг бүрэн баталгаажуулсан явдал байв.

Фотоэлектрик эффектийн нээлт

Планкийн квант таамаглал нь 1887 онд нээгдсэн фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг тайлбарлах үндэс болсон. Германы физикч Генрих Герц.

Фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг цахилгаан тоолуурын саваатай холбосон цайрын хавтанг гэрэлтүүлэх замаар илрүүлдэг. Хэрэв эерэг цэнэгийг хавтан ба саваа руу шилжүүлбэл хавтанг гэрэлтүүлэх үед цахилгаан хэмжигч цэнэггүй болно. Хавтан дээр сөрөг цахилгаан цэнэгийг өгснөөр цахилгаан хэмжигч нь хэт ягаан туяа хавтан дээр тусмагц цэнэггүй болдог. Энэхүү туршилт нь гэрлийн нөлөөн дор металл хавтангийн гадаргуугаас сөрөг цахилгаан цэнэгүүд гарч болохыг баталж байна. Гэрлийн нөлөөгөөр ялгарсан бөөмсийн цэнэг ба массыг хэмжихэд эдгээр бөөмс нь электрон болохыг харуулсан.

Фотоэффектийн хэд хэдэн төрөл байдаг: гадаад ба дотоод фото эффект, хавхлагын фото эффект болон бусад олон эффектүүд.

Гадны фотоэлектрик эффект гэдэг нь тухайн бодис дээр туссан гэрлийн нөлөөн дор электронууд гадагшлах үзэгдэл юм.

Дотоод фотоэлектрик эффект нь хагас дамжуулагч дээр туссан гэрлийн энергийн улмаас атомуудын хоорондын холбоо тасарсаны үр дүнд хагас дамжуулагч дахь чөлөөт электронууд ба нүхнүүд гарч ирэх явдал юм.

Хаалганы фотоэлектрик эффект гэдэг нь хоёр өөр хагас дамжуулагч эсвэл хагас дамжуулагч ба металлын хоорондох холбоо бүхий систем дэх цахилгаан хөдөлгөгч хүчний гэрлийн нөлөөн дор харагдах байдал юм.

Фотоэлектрик эффектийн хуулиуд

Фотоэлектрик эффектийн тоон хуулиудыг Оросын нэрт физикч Александр Григорьевич Столетов (1839 - 1896) 1888 - 1889 онд тогтоожээ. Хоёр электродтой вакуум шилэн бөмбөлөг ашиглан (Зураг 2) бөмбөлөг дэх гүйдлийн хамаарлыг электродын хоорондох хүчдэл ба электродын гэрэлтүүлгийн нөхцлөөс судалсан.

Вакуум цилиндрт А ба К хоёр металл электрод байдаг бөгөөд тэдгээрт хүчдэл өгдөг. Электродуудын туйлшрал ба тэдгээрт хэрэглэсэн хүчдэлийг R потенциометрийн төвд тохируулагч ашиглан өөрчилж болно. Потенциометрийн гулсагчийг дунд цэгийн зүүн талд байх үед хасах нь А электрод, нэмэх нь K электрод дээр тусна. Электродуудын хоорондох хүчдэлийг вольтметрээр хэмждэг V. Электрод K нь кварцын шилээр бүрхэгдсэн цонхоор гэрлээр цацагдана. Түүний нөлөөн дор электронууд (фотоэлектронууд гэж нэрлэгддэг) энэ электродоос сугалж, А электрод руу нисч, миллиамперметр мА-аар бүртгэгдсэн фото гүйдэл үүсгэдэг.

Тодорхойлсон суурилуулалтанд гэрэлтүүлэг тус бүрт өөр өөр металлаар хийсэн электродуудыг ашиглана

Бодисын хувьд туссан гэрлийн энергийн урсгалын өөр өөр утгуудад гадны фотоэлектрик эффектийн гүйдлийн хүчдлийн шинж чанарыг олж авах боломжтой (жишээ нь, гэрэл зургийн гүйдлийн хүч I-ийн электродуудын хоорондох U хүчдэлээс хамаарах байдал).

Ийм хоёр шинж чанарыг (Зураг 3) үзүүлэв.

Гадны фотоэлектрик эффектийн дараах зүй тогтол, хуулиудыг туршилтаар тогтоосон.

1. Электродуудын хооронд хүчдэл байхгүй үед фото гүйдэл тэгээс ялгаатай байна. Энэ нь фотоэлектронууд явахдаа кинетик энергитэй байдаг гэсэн үг юм.

2. U ихсэх тусам I фото гүйдэл аажмаар нэмэгддэг, учир нь Анод руу улам бүр нэмэгдэж буй фотоэлектронууд.

3. Электродуудын хооронд тодорхой хурдасгах хүчдэл U n хүрэхэд катодоос тасарсан бүх электронууд анод руу хүрч, фото гүйдлийн хүч хүчдэлээс хамаарахаа болино. Хүчдэл нэмэгдэх тусам хүч нь нэмэгддэггүй ийм фото гүйдлийг ханалтын фото гүйдэл гэж нэрлэдэг. Нэгж хугацаанд гэрэлтүүлсэн металлаас ялгарах фотоэлектронуудын тоо n e бол ханалтын фото гүйдлийн хүч

I n = Д q / Д т = Үгүй / Д т = n e

Тиймээс ханалтын гүйдлийн хүчийг хэмжих замаар нэг секундэд ялгарах фотоэлектронуудын тоог тодорхойлох боломжтой.

4. Ханалтын фото гүйдлийн хүч нь метал дээр туссан гэрлийн энергийн урсгалтай шууд пропорциональ байна (фотоэлектрик эффектийн нэгдүгээр хууль):

I n = g Ф

Энд g нь бодисын гэрэл мэдрэмтгий чанар гэж нэрлэгддэг пропорциональ байдлын коэффициент юм. Үүний үр дүнд нэг секундын дотор бодисоос ялгарсан электронуудын тоо нь энэ бодис дээр ирж буй гэрлийн энергийн урсгалтай шууд пропорциональ байна.

5. Анхны кинетик энергийн улмаас электронууд удаашруулагч цахилгаан орны хүчний эсрэг ажил хийж чаддаг. Тиймээс фото гүйдэл нь 0-ээс U 3 хүртэлх сөрөг хүчдэлийн бүсэд бас байдаг (A электрод нь одоогийн эх үүсвэрийн "хасах" хэсэгт холбогдсон). Тодорхой саатлын хүчдэл U 3-аас эхлэн фото гүйдэл зогсдог. Энэ тохиолдолд удаашруулагч цахилгаан талбайн ажил A e = eU 3 нь фотоэлектронуудын хамгийн их анхны кинетик энергитэй тэнцүү байна W км. =mv m 2 /2:

A e = В к.м. ; д У 3 = mv м 2 /2

В м = 2e У 3 / м

Тиймээс U 3 саатлын хүчдэлийг хэмжих замаар фотоэлектронуудын хамгийн их анхны кинетик энерги болон хамгийн их анхны хурдыг тодорхойлох боломжтой.

6. Сааруулагч хүчдэлийн утга, тиймээс фотоэлектронуудын хамгийн их кинетик энерги ба хамгийн их хурд нь туссан гэрлийн эрчмээс хамаардаггүй, харин түүний давтамжаас хамаардаг (фотоэлектрик эффектийн хоёр дахь хууль).

7. Бодис бүрийн хувьд тодорхой давтамжийн утга байдаг v k (тиймээс долгионы урт l k), ийм давтамжтай vжижиг гэрлийн тусгал v k (өөрөөр хэлбэл гэрлийн долгионы урт l k-ээс их), фотоэлектрик эффект ажиглагдахгүй (фотоэлектрик эффектийн гуравдахь хууль). Давтамж v k (ба долгионы урт l k) нь фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар гэж нэрлэгддэг. Жишээлбэл, цайрын хавтанг үзэгдэх гэрлээр цацруулахад маш өндөр эрчимтэй байсан ч фотоэлектрик эффект үүсдэггүй, харин хэт ягаан туяагаар цацруулсан үед маш бага эрчимтэй байсан ч фотоэлектрик эффект ажиглагддаг.

8. Металлыг гэрлээр цацруулж эхэлснээс фотоэлектрон ялгарч эхлэх хүртэл t хугацаа өнгөрдөг.<10 -9 с. Следовательно, фотоэффект безынерционен. Если частота падающего света v > v k, дараа нь фотоэлектронуудын ялгаралт бараг тэр даруй тохиолддог. Хэрэв v < vТиймээс металыг хичнээн удаан гэрэлтүүлсэн ч фотоэлектрик эффект ажиглагддаггүй.

Фотонууд

Харьцангуй физикт (харьцангуйн онол) масс m ба энерги W нь харилцан хамааралтай болохыг харуулсан.

В = mc 2

Иймд энергийн квант Wф=h vцахилгаан соронзон цацраг нь масстай тохирч байна

м е = В е / в 2 = h v / в 2

Цахилгаан соронзон цацраг, тиймээс фотон нь зөвхөн хурдтай тархах үед л байдаг -тай. Энэ нь фотоны үлдсэн масс тэг байна гэсэн үг юм.

Фотон нь m f масстай, хурдтай хөдөлдөг -тай, эрч хүчтэй

х е = м е в = h v / в

Фотон нь мөн өөрийн гэсэн өнцгийн импульстэй байдаг эргүүлэх .

Л f= h /2 p= h

Энерги, масс, импульс эсвэл өнцгийн импульс бүхий объект нь бөөмстэй холбоотой байх магадлалтай. Тиймээс цахилгаан соронзон цацрагийн энергийн квант - фотон нь цахилгаан соронзон цацраг, ялангуяа гэрлийн бөөмстэй адил юм.

Цахилгаан соронзон цацраг нь фотонуудын цуглуулга гэдгээс үзэхэд бөөмийн цахилгаан соронзон орон нь бөөмс өөрөө ялгаруулж шингээсэн фотонуудын цуглуулга юм.

Сонгодог физикийн хүрээнд чөлөөт бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчийг ялгаруулахыг энерги, импульс хадгалах хуулиар хориглодог. Квантын физик нь энерги ба цаг хугацааны тодорхойгүй байдлын хоорондын хамаарлыг ашиглан энэхүү хоригийг арилгадаг. Түүнээс гадна энэ нь харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчийн масс ба үйл ажиллагааны хүрээний хоорондын холбоог тогтоодог.

Эрчим хүчний хэмнэлтийн хуулийг зөрчсөн мэт явагддаг ийм процессыг ихэвчлэн виртуал процесс гэж нэрлэдэг бөгөөд харилцан үйлчлэлд ордог бөгөөд чөлөөт бөөмстэй адил энерги, импульстэй холбогдож чадахгүй бөөмсийг виртуал бөөмс гэж нэрлэдэг. Харилцаанд оролцож буй виртуал солилцооны хэсгүүдийг илрүүлэх боломжгүй. Гэхдээ ялгаруулж буй бөөмийн энергийг нэмэгдүүлэх замаар, жишээлбэл, электронуудыг хурдасгах замаар виртуал фотонуудыг бодит, үнэгүй болгон хувиргаж, бүртгүүлж болно. Энэ бол жинхэнэ фотон ялгарах үйл явц юм.

Цахилгаан соронзон орны энэхүү дүрслэл нь цахилгаан соронзон оронгоор дамжуулан цахилгаан цэнэглэгдсэн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн тухай ойлголтыг дахин боловсруулахад хүргэдэг. Хэрэв бөөмсөөс өөр цэнэглэгдсэн бөөмс байгаа бол нэг бөөмсөөс ялгарах фотоныг нөгөө бөөмөөр шингээж авах боломжтой бөгөөд эсрэгээр нь фотон солилцоонд хүргэдэг. хэсгүүд харилцан үйлчилж эхэлнэ. Ийнхүү бөөмсийн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь фотонуудын солилцоогоор явагддаг. Энэ харилцан үйлчлэлийн механизм гэж нэрлэгддэг солилцохбүх харилцан үйлчлэлд хамаарна. Аливаа талбар нь харилцан үйлчлэгч бөөмсөөс ялгарах харилцан үйлчлэлийн дамжуулагч квантуудын багц бөгөөд аливаа харилцан үйлчлэл нь харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчдийн солилцоо юм.

Дүгнэж хэлэхэд, фотон нь үндсэн бөөмсийн бүлгийн нэг бөөмс гэдгийг бид тэмдэглэж байна.

Гэрлийн долгионы ойлголтын үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийн хуулийг тайлбарлах боломжгүй байдал.

Гэрлийн долгионы ойлголтын үндсэн дээр гадны фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг тайлбарлах оролдлого хийсэн. Эдгээр санаануудын дагуу фотоэлектрик эффектийн механизм иймэрхүү харагдаж байна. Металл дээр гэрлийн долгион унадаг. Түүний гадаргуугийн давхаргад байрлах электронууд энэ долгионы энергийг шингээж авах ба энерги нь аажмаар нэмэгддэг. Энэ нь ажлын функцээс их болсон үед электронууд металаас нисч эхэлдэг. Тиймээс гэрлийн долгионы онол нь фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг чанарын хувьд тайлбарлах чадвартай гэж үздэг.

Гэсэн хэдий ч тооцоолол нь энэхүү тайлбарын дагуу металыг гэрэлтүүлж эхлэх ба электрон ялгаруулж эхлэх хоорондох хугацаа арван секундын дараалалтай байх ёстойг харуулсан. Үүний зэрэгцээ, туршлагаас харахад т<10 -9 c. Следовательно, волновая теория света не объясняет безынерционности фотоэффекта. Не может она объяснить и остальные законы фотоэффекта.

Долгионы онолын дагуу фотоэлектронуудын кинетик энерги нь метал дээр тусах гэрлийн эрч хүч нэмэгдэх тусам нэмэгдэх ёстой. Мөн долгионы эрчмийг гэрлийн давтамжаар бус E хүчдэлийн хэлбэлзлийн далайцаар тодорхойлно. (Зөвхөн тасарсан электронуудын тоо болон ханалтын гүйдлийн хүч нь туссан гэрлийн эрчмээс хамаарна.)

Долгионы онолоос харахад металаас электроныг урахад шаардагдах энергийг түүний эрчим нь хангалттай өндөр байвал ямар ч долгионы урттай цацрагаар хангаж болно. фотоэлектрик эффект нь ямар ч гэрлийн цацрагаас үүдэлтэй байж болно. Гэсэн хэдий ч фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар байдаг, i.e. Электронуудын хүлээн авсан энерги нь долгионы далайцаас биш харин түүний давтамжаас хамаардаг.

Тиймээс гэрлийн долгионы үзэл баримтлалд үндэслэн фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг тайлбарлах оролдлого нь үндэслэлгүй болж хувирав.

Гэрлийн квант ойлголт дээр үндэслэн фотоэлектрик эффектийн хуулиудын тайлбар. Фотоэлектрик эффектийн Эйнштейний тэгшитгэл.

Фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг тайлбарлахын тулд А.Эйнштейн биеийн дулааны цацрагийг тодорхойлохын тулд Планкийн нэвтрүүлсэн гэрлийн квант ойлголтуудыг ашигласан.

Эйнштейн туйлын хар биетийн цацрагийн энергийн хэлбэлзлийг шинжлэн судалснаар цацраг нь тус бүр hv магнитудын N=W/(hv) бие даасан энергийн квантуудаас бүрдэх юм шиг ажилладаг гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Эйнштейний хэлснээр, аль ч цэгээс гарч буй гэрлийн тархалтын явцад энерги нь байнга нэмэгдэж буй орон зайд тасралтгүй тархдаггүй. Эрчим хүч нь орон зайд тодорхойлогдсон хязгаарлагдмал тооны энергийн квантуудаас бүрдэнэ. Эдгээр квантууд хэсгүүдэд хуваагдалгүйгээр хөдөлдөг; тэдгээрийг зөвхөн бүхэлд нь шингээж, ялгаруулж болно.

Ийнхүү Эйнштейн гэрэл нь зөвхөн ялгардаг төдийгүй орон зайд тархдаг, квант хэлбэрээр материд шингэдэг гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. Гэрлийн цацрагийн хэсгүүд - гэрлийн квантууд - корпускуляр шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл. цахилгаан соронзон орны шинж чанарыг тээгч хэсгүүдийн шинж чанар. Эдгээр хэсгүүдийг фотон гэж нэрлэдэг.

Гэрлийн квант ойлголтын үүднээс авч үзвэл металл дээр туссан монохромат цацрагийн энерги нь энергитэй фотонуудаас бүрддэг.

В е = h v

В St. = NW е = Nh v

ба гэрлийн энергийн урсгал нь тэнцүү байна

Ф= В St. / т = Nh v / т = n е h v

Энд N нь t хугацаанд метал дээр туссан фотонуудын тоо; n f – нэгж хугацаанд металлд туссан фотоны тоо.

Цацрагийн бодистой харилцан үйлчлэл нь асар олон тооны энгийн үйлдлүүдээс бүрддэг бөгөөд тэдгээрт нэг электрон нэг фотоны энергийг бүрэн шингээдэг. Хэрэв фотоны энерги нь ажлын функцээс их буюу тэнцүү бол электронууд металаас нисдэг. Энэ тохиолдолд шингэсэн фотоны энергийн нэг хэсэг нь А-ийн ажлын функцийг гүйцэтгэхэд зарцуулагддаг бөгөөд үлдсэн хэсэг нь фотоэлектроны кинетик энергийг бүрдүүлдэг. Тийм ч учраас

В е =+-д A В руу ; h v =+-д A mv 2 /2.

Энэ илэрхийллийг фотоэлектрик эффектийн Эйнштейний тэгшитгэл гэж нэрлэдэг.

Энэ нь фотоэлектронуудын кинетик энерги нь туссан гэрлийн давтамжаас хамаардаг болохыг харуулж байна (фотоэлектрон эффектийн хоёр дахь хууль).

Хэрэв квантуудын энерги нь ажлын функцээс бага бол гэрлийн эрчимтэй үед электронууд ялгардаггүй. Энэ нь фотоэлектрик эффектийн улаан хил (фотоэлектрик эффектийн гурав дахь хууль) байгааг тайлбарладаг.

Фотоэлектрик эффектийн анхны хуулийг гэрлийн квант ойлголтын үндсэн дээр хэрхэн тайлбарлаж байгааг одоо харуулъя.

Фотоэлектрик эффектийн улмаас ялгарсан электронуудын тоо n e нь гадаргуу дээр туссан гэрлийн квантуудын тоотой пропорциональ байх ёстой.

n д ~ n е ; n д = kn е ,

Энд k нь туссан фотонуудын аль хэсэг нь электроныг металлаас гаргадгийг харуулсан коэффициент юм. (Квантын өчүүхэн хэсэг нь эрчим хүчээ фотоэлектронуудад шилжүүлдэг гэдгийг анхаарна уу. Үлдсэн квантуудын энерги нь гэрлийг шингээж буй бодисыг халаахад зарцуулагддаг). Фотоны тоо n f нь туссан гэрлийн энергийн урсгалыг тодорхойлдог.

Тиймээс гэрлийн квант онол нь гадны фотоэлектрик эффектийн бүх хуулийг бүрэн тайлбарлаж өгдөг. Тиймээс гэрэл нь долгионы шинж чанараас гадна корпускуляр шинж чанартай байдаг нь маргаангүй туршилтаар батлагдсан.

Гэрлийн корпускуляр долгионы шинж чанар

Ердийн гэрлийн эх үүсвэрээс гэрлийн интерференц, дифракц, туйлшралын үзэгдлүүд нь гэрлийн долгионы шинж чанарыг үгүйсгэх аргагүй юм. Гэсэн хэдий ч эдгээр үзэгдлийн үед ч гэсэн зохих нөхцөлд гэрэл нь корпускуляр шинж чанарыг харуулдаг. Хариуд нь биеийн дулааны цацрагийн хуулиуд, фотоэлектрик эффект болон бусад зүйлс нь гэрэл нь тасралтгүй, уртасгасан долгион шиг биш, харин энергийн "бөөгнөрөл" (хэсэг, квант) урсгал хэлбэрээр ажилладаг болохыг маргаангүй харуулж байна. бөөмсийн урсгал шиг - фотонууд. Гэхдээ эдгээр үзэгдлийн хувьд гэрэл нь долгионы шинж чанартай байдаг;

Асуулт гарч ирнэ: гэрэл нь эх үүсвэрээс ялгарах тасралтгүй цахилгаан соронзон долгион уу, эсвэл эх үүсвэрээс ялгардаг салангид фотонуудын урсгал уу? Гэрэлд нэг талаас квант, корпускулын шинж чанар, нөгөө талаас долгионы шинж чанарыг хамааруулах хэрэгцээ нь гэрлийн шинж чанарын талаархи бидний мэдлэг төгс бус гэсэн сэтгэгдэл төрүүлдэг. Туршилтын баримтуудыг тайлбарлахдаа өөр өөр, бие биенээ үгүйсгэсэн мэт ойлголтуудыг ашиглах шаардлага нь зохиомол мэт санагддаг. Оптик үзэгдлийн олон янз байдлыг гэрлийн шинж чанарын талаархи хоёр үзэл бодлын аль нэг дээр үндэслэн тайлбарлаж болно гэж би бодож байна.

Манай зууны физикийн хамгийн чухал ололтуудын нэг бол гэрлийн долгион ба квант шинж чанарыг хооронд нь харьцуулах оролдлогын алдааг аажмаар нотолсон явдал юм. Гэрлийн долгионы цахилгаан соронзон орны тасралтгүй байдлын шинж чанар нь гэрлийн квант-фотоны салангид байдлын шинж чанарыг үгүйсгэхгүй. Гэрэл нь нэгэн зэрэг тасралтгүй цахилгаан соронзон долгионы шинж чанарууд ба салангид фотонуудын шинж чанартай байдаг. Энэ нь эдгээр эсрэг тэсрэг шинж чанаруудын диалектик нэгдмэл байдлыг илэрхийлдэг. Цахилгаан соронзон цацраг (гэрэл) нь фотонуудын урсгал бөгөөд тэдгээрийн тархалт, тархалтыг орон зайд цахилгаан соронзон долгионы тэгшитгэлээр тодорхойлдог. Тиймээс гэрэл нь корпускуляр долгионы шинж чанартай байдаг.

Гэрлийн корпускуляр долгионы шинж чанарыг томъёонд тусгасан болно

p f = h v / в = h / л

фотоны корпускуляр шинж чанарыг холбох - гэрлийн долгионы шинж чанар бүхий импульс - давтамж (эсвэл долгионы урт).

Гэсэн хэдий ч гэрлийн корпускуляр-долгионы шинж чанар нь ердийн сонгодог дүрслэлд гэрэл нь бөөмс, долгион хоёулаа гэсэн үг биш юм.

Гэрлийн корпускуляр ба долгионы шинж чанаруудын хоорондын хамаарал нь фотонуудын орон зайд тархалт, тархалтыг авч үзэх статистик (магадлал) аргыг ашиглан энгийн тайлбарыг олдог.

1) Гэрлийн дифракцийг жишээ нь дугуй нүхээр авч үзье.

Хэрэв нүхээр нэг фотон дамжих юм бол долгионы өнцгөөс харахад дэлгэцэн дээр ээлжлэн гэрэл ба бараан судлууд байхгүй болно; фотон нь дэлгэцийн нэг цэг дээр хүрч, долгионы үзэл баримтлалын дагуу байх ёстой тул түүн дээр тархдаггүй. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн фотоныг бөөмс гэж үзэж, яг ямар цэгт хүрэхийг тооцоолох боломжгүй бөгөөд хэрэв фотон нь сонгодог бөөмс байсан бол үүнийг хийх боломжтой.

Хэрэв N фотоныг нүхээр ар араас нь нэвтрүүлэх юм бол өөр өөр фотонууд дэлгэцийн өөр өөр цэгүүдэд хүрч болно. Гэхдээ долгионы үзэл баримтлалын дагуу гэрэл судалтай байх ёстой газруудад фотонууд илүү их унах болно.

Хэрэв бүх N фотоныг нүхээр нэгэн зэрэг нэвтрүүлэх юм бол сансар огторгуй болон дэлгэцийн цэг бүрт нэг нэгээр нь өнгөрөх үеийнх шиг олон фотон байна. Гэхдээ энэ тохиолдолд харгалзах тооны фотонууд дэлгэцийн цэг бүрийг нэгэн зэрэг цохих бөгөөд хэрэв N нь том бол долгионы үзэл баримтлалын үүднээс хүлээгдэж буй дифракцийн загвар дэлгэц дээр ажиглагдах болно.

Жишээлбэл, харанхуй интерференцийн хүрээний хувьд хэлбэлзлийн квадрат далайц ба фотонуудын онох магадлалын нягт хамгийн бага, харин гэрлийн хүрээний хувьд квадрат далайц ба магадлалын нягт нь хамгийн их байна.

Тиймээс, хэрэв гэрэл нь маш олон тооны фотон агуулдаг бол дифракцийн үед энэ нь салангид, бүдгэрсэн фотонуудаас бүрдэх боловч тасралтгүй долгион гэж үзэж болно.

2) Гадны фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийн хувьд фотон бүр зөвхөн нэг электронтой (бөөмтэй бөөмс шиг) мөргөлдөж, аль фотон биш харин бүхэлд нь хэсэг болгон хуваахгүйгээр шингээж авах нь чухал юм. аль чөлөөт электроныг цохиж (энэ нь долгионы шинж чанараар тодорхойлогддог) бөгөөд түүнийг устгадаг. Тиймээс фотоэлектрик эффекттэй бол гэрлийг бөөмсийн урсгал гэж үзэж болно.

Цахилгаан соронзон цацрагийн корпускуляр-долгионы шинж чанарыг гэрлийн хувьд тусгайлан тогтоосон байдаг, учир нь бидний өдөр тутмын амьдралд тохиолддог нарны гэрэл нь нэг талаас олон тооны фотонуудын урсгалыг илэрхийлж, долгионы шинж чанарыг тодорхой харуулдаг. , гэрлийн фотонууд нь корпускуляр шинж чанар нь шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг фотоионжуулалт, фотолюминесценц, фотосинтез, фотоэлектрик эффект зэрэг нөлөөллийг хэрэгжүүлэхэд хангалттай энергитэй байдаг. Жишээлбэл, радио долгионтой тохирох фотонууд нь бага энергитэй, бие даасан фотонууд нь мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлэхгүй бөгөөд бүртгэгдсэн радио долгион нь олон фотоныг агуулж, долгион шиг ажиллах ёстой. g- цөмийн цацраг идэвхт задрал, цөмийн урвалаас үүсэх туяа нь өндөр энергитэй, тэдгээрийн үйлдлийг хялбархан бүртгэдэг боловч цөмийн реакторуудад тусгай нөхцөлд олон тооны фотонуудын урсгалыг олж авдаг. Тиймээс g-цацраг нь долгион гэхээсээ илүү бөөмс хэлбэрээр илэрдэг.

Тиймээс гэрэл нь түүний энерги, импульс, масс, спин нь фотонуудад байршдаг, орон зайд тархдаггүй, харин фотон нь орон зайд тодорхой тодорхойлогдсон байршилд байрлаж болно гэсэн утгаараа корпускуляр юм. Фотоны орон зайд тархалт, тархалт нь магадлалын хувьд гэрэл долгион шиг ажилладаг: тухайн цэг дээр фотон байх магадлалыг тухайн цэгийн далайцын квадратаар тодорхойлно. Гэхдээ фотонуудын орон зайд тархалтын магадлалын (долгион) шинж чанар нь фотон цаг мөч бүрт аль нэг цэгт байрладаг гэсэн үг биш юм.

Тиймээс гэрэл нь долгионы тасралтгүй байдал, бөөмсийн салангид байдлыг нэгтгэдэг. Хэрэв бид фотонууд зөвхөн хөдөлж байх үед (c хурдтай) байдаг гэдгийг харгалзан үзвэл гэрэл нь нэгэн зэрэг долгион ба корпускуляр шинж чанартай байдаг гэсэн дүгнэлтэд хүрнэ. Гэхдээ зарим үзэгдэлд тодорхой нөхцөлд долгион эсвэл корпускулын шинж чанарууд гол үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд гэрлийг долгион эсвэл бөөмс (корпускул) гэж үзэж болно.

Гэрлийн интерференцийн практик хэрэглээ

Материалыг үл эвдэх туршилтанд голографийн хэрэглээ.

Голографийн суулгацын ердийн оптик диаграммыг (Зураг 4) үзүүлэв. 3 ба 7-р толь, 4 ба 8-р линзийг 5-р объект руу тусгаж, гэрэл зургийн 6-р хавтан дээр тусч, лавлагаа долгионы В-д саад учруулна. Суурилуулалтын бүх элементүүдийг нэг хатуу гадаргуу дээр суурилуулсан бөгөөд энэ үед маш жижиг хөдөлгөөнөөс зайлсхийх боломжтой. голограммын зураг авалт. Голограф интерферометрийн арга нь нэг объектоос хоёр голограммыг нэг гэрэл зургийн хавтан дээр дараалан бүртгэхээс бүрддэг боловч бичлэгийн хоорондох завсарт объект нь ямар нэгэн нөлөөнд (механик деформаци, халаалт гэх мэт) өртдөг. Үүний үр дүнд нөлөөллийн өмнө болон дараа туссан объектын долгионы оптик замын урт нь өөр болж, нэмэлт замын зөрүү үүсч, үүний дагуу хоёр долгионы тодорхой фазын шилжилт үүсдэг.

Ийм голограммыг уншихад объектын долгион хоёулаа дахин бүтээгдэж, хөндлөнгөөс оролцдог. Хэрэв объектын хэв гажилт бага бол (долгионы урт l-тэй харьцуулах боломжтой) бол объектын дүрс нь тодорхой байх болно, гэхдээ хөндлөнгийн ирмэгээр бүрхэгдсэн бөгөөд өргөн, хэлбэр нь объектын хэв гажилтыг тоон байдлаар дүрслэх боломжтой. учир нь гадаргуу дээрх цэг бүрийн захын харагдах байдал нь оптик замын уртын өөрчлөлттэй пропорциональ байна.

Голограф интерферометрийг мөн согог (хагарал, хоосон зай, материалын шинж чанарын нэг төрлийн бус байдал гэх мэт) ачааллын дор объектын гадаргуугийн хэвийн бус хэв гажилтанд хүргэдэг бол илрүүлэхэд ашигладаг. Согогтой дээжгүй харагдах загвартай харьцуулахад интерференцийн хэв маягийн өөрчлөлтөөр деформацийг илрүүлдэг.

Голограф хөндлөнгийн үл эвдэх туршилт нь янз бүрийн ачаалах аргыг ашигладаг. Жишээлбэл, механик ачааллын үед материалын гадаргуу болон түүний ойр орчмын аль алинд нь хэдэн миллиметр урттай микро хагарлыг илрүүлж, нутагшуулдаг. Ийм судалгааг ялангуяа бетоны хагарлыг илрүүлэх, тэдгээрийн өсөлтийг хянах зорилгоор хийдэг.

Холографик интерферометрийг хөндий байгууламжийн холболтын чанарыг судлахад ашигладаг бөгөөд дараа нь даралтын ачаалал ба вакуум ачааллыг ашигладаг. Согогтой хэсгүүдийн хэв гажилт, тиймээс хөндлөнгийн хэв маяг нь бүтцийн бусад хэсгүүдийн хэв гажилтаас ялгаатай байдаг.

Дулааны ачааллыг ихэвчлэн ашигладаг. Энэ арга нь гадаргуугийн температур өөрчлөгдөх үед үүсэх гадаргуугийн хэв гажилтыг судлахад суурилдаг. Согогийн бүсэд температурын талбар нь гажуудсан бөгөөд энэ нь хэв гажилтын орон нутгийн өөрчлөлт, улмаар хөндлөнгийн хэв маягийн гажуудалд хүргэдэг. Голограф интерферометрийн өндөр мэдрэмжийн улмаас объектын температур орчны температуртай харьцуулахад хэдхэн градусаар өөрчлөгдөхөд бүртгэгдсэн хэв гажилт гарч ирдэг.

Фотоэлектрик эффектийн хэрэглээ

Фотоэлектрик эффект ашиглан ажилладаг хамгийн энгийн төхөөрөмж бол вакуум фотоселл юм. Вакуум фотоселл нь хоёр цахилгаан утсаар тоноглогдсон шилэн чийдэнгээс бүрдэнэ. Колбоны дотоод гадаргуу нь нимгэн металл давхаргаар хэсэгчлэн хучигдсан байдаг. Энэхүү бүрхүүл нь фотоэлементийн катодын үүрэг гүйцэтгэдэг. Анод нь цилиндрийн төвд байрладаг. Катод ба анодын терминалууд нь тогтмол хүчдэлийн эх үүсвэрт холбогдсон байдаг. Катодыг гэрэлтүүлэхэд түүний гадаргуугаас электронууд ялгардаг. Энэ процессыг гадаад фотоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг. Цахилгаан талбайн нөлөөн дор электронууд анод руу шилждэг. Фотоэллийн хэлхээнд цахилгаан гүйдэл үүсдэг; одоогийн хүч нь гэрлийн цацрагийн чадалтай пропорциональ байна. Тиймээс фотоэлел нь гэрлийн цацрагийн энергийг цахилгаан гүйдлийн энерги болгон хувиргадаг.

Мөн хагас дамжуулагч фотоэлелүүдийг гэрлийн цацрагийн энергийг цахилгаан гүйдлийн энерги болгон хувиргахад ашигладаг.

Хагас дамжуулагч элемент нь дараах бүтэцтэй байна. Цахиур эсвэл бусад цооног дамжуулагч хагас дамжуулагчийн хавтгай талст дотор электрон дамжуулагч хагас дамжуулагчийн нимгэн давхарга үүсдэг. Эдгээр давхаргын хоорондох интерфейс дээр p-n уулзвар үүсдэг. Хагас дамжуулагч болорыг гэрэлтүүлэхэд гэрлийн шингээлтийн үр дүнд электрон ба нүхний энергийн хуваарилалт өөрчлөгддөг. Энэ процессыг дотоод фотоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг. Дотоод фотоэлектрик эффектийн үр дүнд хагас дамжуулагч дахь чөлөөт электрон ба нүхний тоо нэмэгдэж, тэдгээр нь p-n уулзварын хил дээр тусгаарлагддаг.

Хагас дамжуулагч фотоэлементийн эсрэг давхаргууд нь дамжуулагчаар холбогдсон үед хэлхээнд цахилгаан гүйдэл үүсдэг; Хэлхээний гүйдлийн хүч нь фотоэлел дээр туссан гэрлийн урсгалын чадалтай пропорциональ байна.

Цахилгаан соронзон релений ороомгийн хамт фотоэлементийг цувралаар асаах нь гэрэл фотоэлелд тусах үед идэвхжүүлэгчийг автоматаар асаах, унтраах боломжийг олгоно. Кино урлагт хальсан дээр бичигдсэн дууг дуу авиа болгон хуулбарлахын тулд фотоэлелүүдийг ашигладаг.

Хагас дамжуулагч фотоэлементүүдийг дэлхийн хиймэл дагуул, гариг хоорондын автомат станц, тойрог замын станцуудад цахилгаан станц болгон өргөн ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн тусламжтайгаар нарны цацрагийн энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Орчин үеийн хагас дамжуулагч фотоволтайк генераторын үр ашиг 20% -иас давж байна.

Хагас дамжуулагч фотоэлелүүдийг өдөр тутмын амьдралд улам бүр ашиглаж байна. Эдгээрийг цаг болон микро тооцоолууруудад нөхөн сэргээгдэхгүй гүйдлийн эх үүсвэр болгон ашигладаг.

Танилцуулга 3

Хөндлөнгийн оролцоо 4

Дифракци 5

Туйлшрал 6

Өөрчлөлт 8

Планкийн таамаглал 9

Фото эффектийн нээлт 10

Фотоэлектрик эффектийн хууль 11

Фотонууд 14

Гэрлийн долгионы ойлголтын үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийг тайлбарлах боломжгүй байдал 15

Гэрлийн квант ойлголт дээр үндэслэн фотоэлектрик эффектийн хуулиудын тайлбар. Фотоэлектрик эффектийн Эйнштейний тэгшитгэл 16

Корпускуляр - гэрлийн долгионы шинж чанар 18

Гэрлийн интерференцийн практик хэрэглээ 21

Фотоэлектрик эффектийн хэрэглээ 23

Ашигласан материал 25

Москвагийн Улсын усан тээврийн академи

Физик, химийн тэнхим

Орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлалын тухай хураангуй (физикийн хувьд)

сэдвээр:

"Долгионы бөөмийн хоёрдмол байдал, онолын ач холбогдол ба туршилтын баталгаа"

Дууссан:

2-р курсын оюутан

MVT-4 бүлгүүд

Багш:

Кобранов.М.Е

Москва 2001 он

Лавлагаа:

Грибов Л.А. Прокофьева Н.И., "Физикийн үндэс", хэвлэл. Шинжлэх ухаан 1995

Жибров А.Е., Михайлов В.К., Галцев В.В., “Квант механик ба атомын физикийн элементүүд”, MISI им. В.В.Куйбышева, 1984 он

Шпольский I.V., "Атомын физик", хэвлэл. Шинжлэх ухаан, 1974

Гурский И.П., "Бага физик", Савельев И.В., 1984 он.

"Физикийн бага ангийн сурах бичиг", Эд. Ландсберг Г.С., 1986 он

Кабардин О.Ф., "Физик", ред. Боловсрол.

Савельев И.В., "Ерөнхий физикийн курс", хэвлэл. Шинжлэх ухаан, 1988

Агуулга.

Танилцуулга.
Гэрлийн долгионы шинж чанар.

a) Тархалт.

б) Дифракци.

в) туйлшрал

Гэрлийн квант шинж чанар.

a) Фотоэлектрик эффект.

б) Комптон эффект.

5. Дүгнэлт.

6. Ашигласан уран зохиолын жагсаалт.

Танилцуулга.

Эрт дээр үед гэрлийн мөн чанарын тухай асуудлыг шийдэх гурван үндсэн аргыг тодорхойлсон байдаг. Эдгээр гурван хандлага нь дараа нь гэрлийн корпускуляр ба долгионы онол гэсэн хоёр өрсөлдөгч онолд бий болсон.

Эртний философич, эрдэмтдийн дийлэнх нь гэрлийг гэрэлтдэг бие болон хүний нүдийг холбодог тодорхой туяа гэж үздэг. Үүний зэрэгцээ, тэдний зарим нь хүний нүднээс туяа цацарч, тухайн объектыг мэдэрдэг гэж үздэг. Энэ үзэл бодол нь олон тооны дагалдагчидтай байсан бөгөөд тэдний дунд Евклид байв. Геометрийн оптикийн анхны хууль болох гэрлийн шулуун тархалтын хуулийг томъёолж,Евклид "Нүднээс ялгарах туяа шулуун замаар явдаг" гэж бичжээ. Птолемей болон бусад олон эрдэмтэн, философичид ижил үзэл бодолтой байсан.

Гэсэн хэдий ч хожим Дундад зууны үед гэрлийн мөн чанарын тухай энэ санаа нь утгаа алддаг. Эдгээр үзэл бодлыг баримталдаг эрдэмтэд улам бүр цөөрсөөр байна. Мөн 17-р зууны эхэн үед. Энэ үзэл бодлыг аль хэдийн мартагдсан гэж үзэж болно. Бусад нь эсрэгээрээ, туяа нь гэрэлтдэг биеэс ялгардаг бөгөөд хүний нүдэнд хүрч, гэрэлтдэг объектын ул мөр үлдээдэг гэж үздэг. Энэ үзэл бодлыг атомист Демокрит, Эпикур, Лукреций нар баримталдаг байв.

Гэрлийн мөн чанарын талаарх сүүлчийн үзэл бодол нь хожим 17-р зуунд гэрлийн корпускулярын онолд бий болсон бөгөөд үүний дагуу гэрэл нь гэрэлтдэг биетээс ялгарах зарим бөөмсийн урсгал юм.

Гэрлийн мөн чанарын талаархи гурав дахь үзэл бодлыг Аристотель илэрхийлсэн. Тэрээр гэрлийг сансар огторгуйд (дунд) тархаж буй үйлдэл, хөдөлгөөн гэж үздэг байв. Түүний үед Аристотелийн үзэл бодлыг хуваалцсан хүн цөөхөн байсан. Гэвч хожим нь дахин 17-р зуунд түүний үзэл бодол боловсронгуй болж, гэрлийн долгионы онолын үндэс суурийг тавьсан юм.

17-р зууны дунд үе гэхэд шинжлэх ухааны сэтгэлгээг геометрийн оптикийн хил хязгаараас давсан баримтууд хуримтлагдав. Шинжлэх ухааны сэтгэлгээг гэрлийн долгионы шинж чанарын онол руу түлхсэн анхны эрдэмтдийн нэг бол Чехийн эрдэмтэн Марзи юм. Түүний ажил нь зөвхөн оптикийн салбарт төдийгүй механик, тэр байтугай анагаах ухааны салбарт алдартай. 1648 онд тэрээр гэрлийн тархалтын үзэгдлийг нээсэн.

17-р зуунд Оптикийн хөгжилтэй холбоотойгоор гэрлийн мөн чанарын тухай асуудал улам бүр сонирхол татаж эхэлсэн. Энэ тохиолдолд гэрлийн эсрэг хоёр онол аажмаар үүсдэг: корпускуляр ба долгион. Гэрлийн корпускуляр онолыг хөгжүүлэхэд илүү таатай хөрс байсан. Үнэн хэрэгтээ геометрийн оптикийн хувьд гэрэл бол тусгай бөөмсийн урсгал гэсэн санаа нь үнэхээр байгалийн байсан. Гэрлийн шулуун тархалт, мөн тусгал, хугарлын хуулиудыг энэ онолын үүднээс маш сайн тайлбарласан.

Материйн бүтцийн ерөнхий санаа нь гэрлийн корпускулярын онолтой зөрчилдсөнгүй. Тухайн үед материйн бүтцийн талаарх үзэл бодол атомизмд үндэслэсэн байв. Бүх бие нь атомаас тогтдог. Атомуудын хооронд хоосон зай бий. Ялангуяа тэр үед гариг хоорондын орон зай хоосон байсан гэж үздэг байв. Тэнгэрийн биетүүдийн гэрэл нь гэрлийн бөөмсийн урсгал хэлбэрээр тархдаг. Тиймээс 17-р зуунд байх нь зүйн хэрэг юм. Гэрлийн корпускуляр онолыг баримталдаг олон физикчид байсан. Үүний зэрэгцээ гэрлийн долгионы шинж чанарын тухай санаа гарч ирэв. Декартыг гэрлийн долгионы онолыг үндэслэгч гэж үзэж болно.

Цахилгаан соронзон цацрагийн корпускуляр ба долгионы шинж чанаруудын нэгдмэл байдал.

Энэ хэсэгт авч үзсэн үзэгдлүүд - хар биеийн цацраг, фотоэлектрик эффект, Комптон эффект - фотонуудын урсгал хэлбэрээр гэрлийн квант (корпускуляр) ойлголтуудын нотолгоо болдог. Нөгөө талаас гэрлийн интерференц, дифракци, туйлшрал зэрэг үзэгдлүүд гэрлийн долгионы (цахилгаан соронзон) мөн чанарыг үнэмшилтэйгээр баталж байна. Эцэст нь гэрлийн даралт ба хугарлыг долгион ба квант онолын аль алинаар нь тайлбарладаг. Тиймээс цахилгаан соронзон цацраг нь бие биенээ нөхдөг тасралтгүй (долгион) ба салангид (фотонууд) - харилцан үл хамаарах шинж чанаруудын гайхалтай нэгдмэл байдлыг харуулдаг.

Оптик үзэгдлийн илүү нарийвчилсан судалгаа нь гэрлийн долгионы цахилгаан соронзон орны тасралтгүй байдлын шинж чанар нь фотоны салангид байдлын шинж чанаруудтай зөрчилдөх ёсгүй гэсэн дүгнэлтэд хүргэдэг. Корпускуляр ба долгионы шинж чанарыг агуулсан гэрэл нь тэдгээрийн илрэлийн тодорхой хэв маягийг харуулдаг. Тиймээс гэрлийн долгионы шинж чанар нь түүний тархалт, интерференц, дифракц, туйлшралын хуулиудад, корпускулын шинж чанар нь гэрлийн бодистой харилцан үйлчлэх үйл явцад илэрдэг. Долгионы урт нь урт байх тусам фотоны энерги, импульс бага байх ба гэрлийн квант шинж чанарыг илрүүлэхэд хэцүү байдаг (жишээлбэл, фотоэлектрик эффектийн улаан хил байгаа нь үүнтэй холбоотой). Эсрэгээр долгионы урт богино байх тусам фотоны энерги, импульс их байх ба долгионы шинж чанарыг илрүүлэхэд илүү хэцүү байдаг (жишээлбэл, рентген цацрагийн долгионы шинж чанарыг (дифракц) талстыг ашигласны дараа л олж мэдсэн. дифракцийн тор хэлбэрээр).

Хэрэв бид квант оптикийн нэгэн адил гэрлийг харах хуулиудыг авч үзэх статистик аргыг ашиглавал гэрлийн хос бөөмс долгионы шинж чанаруудын хоорондын хамаарлыг тайлбарлаж болно. Жишээлбэл, ангарлаар гэрлийн дифракци нь гэрэл ангархайгаар дамжин өнгөрөхөд фотонууд орон зайд дахин тархдагтай холбоотой юм. Дэлгэц дээрх өөр өөр цэгүүдэд фотонуудын тусах магадлал ижил биш тул дифракцийн загвар үүсдэг. Дэлгэцийн гэрэлтүүлэг нь дэлгэцийн нэгж талбайд фотонуудын цохилт өгөх магадлалтай пропорциональ байна. Нөгөөтэйгүүр, долгионы онолын дагуу гэрэлтүүлэг нь дэлгэцийн ижил цэг дээрх гэрлийн долгионы далайцын квадраттай пропорциональ байна. Тиймээс, Сансар огторгуйн өгөгдсөн цэг дэх гэрлийн долгионы далайцын квадрат нь тухайн цэгт гэрэлтэх фотонуудын магадлалын хэмжүүр юм.

Гэрлийн долгионы шинж чанар.

1.1 Тархалт.

Ньютоны нээлтүүдийн мөн чанарыг дараах туршилтуудаар дүрслэн харуулав (Зураг 1) дэнлүүний гэрэл нарийн нүхийг гэрэлтүүлдэг.С (слот). Линз ашиглахЛ ангархайн дүрсийг дэлгэцэн дээр олж авнаМ.Н богино цагаан тэгш өнцөгт хэлбэртэйС `. Призмийг зам дээр байрлуулах замаарП , ирмэг нь ангархайтай параллель байвал бид ангархайн дүрс шилжиж, өнгөт судал болж хувирахыг олж мэдэх бөгөөд улаанаас ягаан хүртэл өнгөний шилжилт нь солонгон дээр ажиглагдсантай төстэй юм. Ньютон энэ солонгын зургийг спектр гэж нэрлэсэн.

Хэрэв та цоорхойг өнгөт шилээр бүрхсэн бол, i.e. Хэрэв та призм рүү цагаан гэрлийн оронд өнгөт гэрлийг чиглүүлбэл ангархайн дүрс нь спектрийн харгалзах газарт байрлах өнгөт тэгш өнцөгт болж багасна, өөрөөр хэлбэл. өнгөнөөс хамааран гэрэл нь анхны зургаас өөр өөр өнцгөөр хазайх болноС `. Тайлбарласан ажиглалтаас харахад өөр өөр өнгийн туяа призмээр өөр өөр хугардаг.

Ньютон энэ чухал дүгнэлтийг олон туршилтаар баталгаажуулсан. Тэдгээрийн хамгийн чухал нь спектрээс тусгаарлагдсан янз бүрийн өнгөт цацрагийн хугарлын илтгэгчийг тодорхойлох явдал байв. Энэ зорилгоор дэлгэцэн дээрМ.Н , дээр нь спектрийг олж авсан нүхийг зүссэн; Дэлгэцийг хөдөлгөснөөр нүхээр нэг эсвэл өөр өнгийн нарийн цацрагийг гаргах боломжтой байв. Нэг төрлийн цацрагийг тусгаарлах энэ арга нь өнгөт шил ашиглан тусгаарлахаас илүү дэвшилтэт арга юм. Хоёрдахь призмээр хугарсан ийм тусгаарлагдсан цацраг нь туузыг сунгахаа больсныг туршилтаар олж мэдсэн. Ийм цацраг нь тодорхой хугарлын илтгэгчтэй тохирч, утга нь сонгосон цацрагийн өнгөнөөс хамаарна.

Тиймээс Ньютоны үндсэн туршилтууд нь хоёр чухал нээлтийг агуулж байв.

1) Янз бүрийн өнгөт гэрэл нь тухайн бодис дахь өөр өөр хугарлын индексээр тодорхойлогддог (тархалт).

2) Цагаан өнгө нь энгийн өнгөний цуглуулга юм.

Бодисын хугарлын илтгэгч нь гэрлийн долгионы уртаас хамаарна.

Энэ нь ихэвчлэн долгионы урт буурах тусам нэмэгддэг.

1.2 Дифракци.

Зоммерфельдын тодорхойлолт: Гэрлийн дифракцийг тасралтгүй өөрчлөгдөж буй хугарлын илтгэгчтэй орчинд гэрлийн цацрагийн тусгал, хугарал, гулзайлтын үр дүнд тайлбарлах боломжгүй бол шугаман тархалтаас аливаа хазайлт гэж ойлгодог.

1.3 Туйлшрал

Тэгш өнцөгтийн нэг тал нь талст доторх тодорхой чиглэлтэй давхцаж, оптик тэнхлэг гэж нэрлэгддэг хоёр ижил тэгш өнцөгт турмалин хавтанг авъя. Тэдний тэнхлэгүүд чиглэлийн дагуу давхцаж, дэнлүү эсвэл нарны гэрлийн нарийхан туяаг атираат хос ялтсуудаар дамжуулж, нэг хавтанг нөгөөгийнхөө дээр байрлуулцгаая. Турмалин нь хүрэн ногоон талст тул дэлгэцэн дээрх дамжсан цацрагийн ул мөр нь хар ногоон толбо хэлбэрээр харагдана. Цацрагийн эргэн тойронд ялтсуудын нэгийг эргүүлж, хоёр дахь нь хөдөлгөөнгүй орхиж эхэлцгээе. Цацрагийн ул мөр суларч, хавтанг 90 0 эргүүлэх үед энэ нь бүрэн алга болно гэдгийг бид олж мэдэх болно. Хавтанг цааш эргүүлэх тусам өнгөрч буй цацраг дахин эрчимжиж, хавтан 180 0 эргэх үед өмнөх эрчмдээ хүрнэ, өөрөөр хэлбэл. ялтсуудын оптик тэнхлэгүүд дахин параллель байх үед. Турмалиныг цааш эргүүлэх тусам цацраг дахин суларч байна.

Дараах дүгнэлтийг хийвэл ажиглагдсан бүх үзэгдлийг тайлбарлаж болно.

Цацрагийн гэрлийн чичиргээ нь гэрлийн тархалтын шугамд перпендикуляр чиглэгддэг (гэрлийн долгион нь хөндлөн байдаг).

Турмалин нь гэрлийн чичиргээг өөрийн тэнхлэгтэй харьцуулахад тодорхой чиглэлд чиглүүлэх үед л дамжуулах чадвартай.

Дэнлүүний (нарны) гэрэлд ямар ч чиглэлийн хөндлөн чичиргээг харуулсан бөгөөд үүнээс гадна нэг чиглэл давамгайлахгүй.

Гэрлийн квант шинж чанар.

2.1 Фотоэлектрик эффект.

2.2 Комптон эффект.

Гэрлийн корпускуляр шинж чанарууд нь Комптон эффектэд хамгийн бүрэн илэрдэг. Америкийн физикч А.Комптон (1892-1962) 1923 онд гэрлийн атом (парафин, бор) бүхий бодисуудын монохромат рентген цацрагийн тархалтыг судалж байхдаа тархсан цацрагийн найрлагад анхны долгионы уртын цацрагийн хамт , урт долгионы цацраг мөн ажиглагдсан.

Комптон эффект гэдэг нь богино долгионы цахилгаан соронзон цацрагийн (рентген ба гамма цацраг) бодисын чөлөөт (эсвэл сул холбоотой) электронууд дээр долгионы урт нэмэгдэхийн зэрэгцээ уян харимхай тархалт юм. Энэ нөлөө нь долгионы онолын хүрээнд тохирохгүй бөгөөд үүний дагуу долгионы урт нь сарних үед өөрчлөгдөх ёсгүй: гэрлийн долгионы үечилсэн талбайн нөлөөн дор электрон талбайн давтамжтай хэлбэлздэг тул тархсан долгионыг ялгаруулдаг. ижил давтамжтай.

Комптон эффектийн тайлбарыг гэрлийн мөн чанарын тухай квант ойлголтын үндсэн дээр өгсөн болно. Хэрэв бид квант онолын адил цацрагийг корпускуляр шинж чанартай гэж үзвэл.

Комптон эффект нь зөвхөн электронуудад төдийгүй протон гэх мэт бусад цэнэглэгдсэн хэсгүүдэд ажиглагддаг боловч протон их масстай тул маш өндөр энергитэй фотонууд тархсан үед л түүний ухрах нь "харагдах" байдаг.

Комптон эффект болон квант үзэл баримтлалд суурилсан фотоэлектрик эффект хоёулаа фотонуудын электронтой харилцан үйлчлэлцсэнээс үүсдэг. Эхний тохиолдолд фотон нь тархсан, хоёрдугаарт, шингэдэг. Фотон нь чөлөөт электронуудтай харилцан үйлчлэх үед сарнилт үүсдэг ба фотоэлектрик эффект нь холбогдсон электронуудтай байдаг. Фотон нь чөлөөт электронуудтай мөргөлдөх үед фотон шингээлт явагдах боломжгүй, учир нь энэ нь импульс ба энерги хадгалагдах хуулиудтай зөрчилддөг болохыг харуулж байна. Тиймээс фотонууд чөлөөт электронуудтай харилцан үйлчлэх үед зөвхөн тэдгээрийн тархалтыг ажиглаж болно, i.e. Комптон эффект.

Дүгнэлт.

Ашигласан уран зохиолын жагсаалт.

1) А.А. Детлаф Б.М. Яворский "Физикийн курс" хэвлэл. "Ахлах сургууль" 2000 он

2) Т.И. Трофимов "Физикийн курс" хэвлэл. "Ахлах сургууль" 2001 он

3) H. Kuhling “Физикийн гарын авлага” хэвлэл. "Энх тайван" 1982 он

4) Гурский I.P. "Анхан шатны физик" хэвлэл. I.V. Савельева 1984 он

5) Тарасов Л.В., Тарасова А.Н. "Гэрлийн хугарлын тухай яриа" / ред. В.А.

Фабриканта, ed. "Шинжлэх ухаан", 1982 он.

Фотоэлектрик эффектийн туршилт, Комптон туршилт болон бусад олон туршилтаар гэрлийн корпускуляр шинж чанарыг олж илрүүлэх нь хөндлөнгийн оролцоо, дифракцийн үзэгдлийг ажиглах явцад илэрсэн гэрэлд долгионы шинж чанар байгаа гэсэн баттай батлагдсан баримтуудыг үгүйсгэж чадахгүй. , ба туйлшрал. Гэрэл нь долгион ба бөөмийн шинж чанартай байдаг гэдгийг долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал гэж нэрлэдэг.

Сонгодог физик дэх долгион ба бөөмсийн ялгаатай шинж чанарууд нь гэрэл нь долгион ба бөөмсийн урсгал юм гэж батлах нь үндэслэлгүй юм. Гэрэл бол долгион ч биш, бөөмсийн урсгал ч биш. Гэрлийн мөн чанар нь илүү төвөгтэй бөгөөд сонгодог физикийн дүрслэлийг ашиглан дотоод зөрчилдөөнгүйгээр дүрслэх боломжгүй юм. Гэрлийн шинж чанарын долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын утга нь туршилтын нөхцлөөс хамааран гэрлийн мөн чанарыг долгион эсвэл корпускуляр ойлголтыг ашиглан ойролцоогоор дүрсэлж болно гэсэн үг юм.

Гэрлийн нийлмэл шинж чанарыг илүү энгийн болгох хувилбаруудын нэг нь олон тооны гармоник цахилгаан соронзон долгионуудыг нэмснээр фотоныг орон зай, цаг хугацаагаар хязгаарлагдмал цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр дүрслэх оролдлого юм. Хэрэв фотоны тухай энэ санаа үнэн байсан бол гэрлийн туяа тунгалаг толин тусгал бүрээстэй хавтангаар дамжин өнгөрөхөд галт тэрэг бүрийн тал нь дамжиж, тал нь тусах болно. Фотон бүрийн хоёр хуваагдлыг дамжуулж, ойсон гэрлийн туяаны замд байрлуулсан төхөөрөмжүүдийн нэгэн зэрэг ажиллуулах замаар илрүүлж болно. Гэсэн хэдий ч туршлагаас харахад төхөөрөмжүүд нэгэн зэрэг ажилладаггүй. Эхнийх нь ажилладаг, эсвэл хоёр дахь нь тусад нь ажилладаг. Энэ нь фотон бүрийг тунгалаг бүрхүүлтэй хавтангаар хоёр хуваадаггүй, гэхдээ ижил магадлалтай гэсэн үг юм.

туссан эсвэл бүхэлд нь хавтангаар дамжин өнгөрдөг.

Гэрлийн шинж чанарыг тайлбарлахын тулд сонгодог физикийн зургуудын хязгаарлагдмал хэрэглээ нь зөвхөн долгионы ойлголт нь зарим туршилтын үр дүнг тайлбарлахад тохиромжтой, бусад нь корпускуляр, гэхдээ эдгээр зургийг ашиглах конвенцоор илэрхийлэгддэг. тохиолдол бүрт. Фотоэлектрик эффект ба Комптон сарнилыг тайлбарлахдаа корпускуляр ойлголтыг ашиглахдаа сонгодог физик дэх фотоны шинж чанар ба бөөмсийн шинж чанаруудын хоорондох мэдэгдэхүйц ялгааг мартаж болохгүй. Фотоны үлдэгдэл масс нь тэг, ямар ч инерцийн лавлагааны систем дэх хөдөлгөөний хурд нь ижил бөгөөд хурд нь тэгтэй тэнцүү байх лавлагааны хүрээ байхгүй. Гэрлийг бөөмс - фотонуудын урсгал гэж үзвэл фотоны массыг тодорхойлохын тулд гэрлийн цэвэр долгионы шинж чанар - давтамжийг ашиглах ёстой. Гэрлийн интерференц, дифракц зэрэг долгионы үзэгдлийг судлахдаа интерференц эсвэл дифракцийн хэв маягийг бүртгэхийн тулд фотоэлемент эсвэл гэрэл зургийн хавтанг ашиглах, өөрөөр хэлбэл гэрлийн квант шинж чанарыг ашиглан долгионы шинж чанарыг илрүүлэх шаардлагатай.

1. Фотоэлектрик эффектийн ямар зүй тогтлыг гэрлийн долгионы онолын үндсэн дээр тайлбарлаж болохгүй вэ?

2. Фотоэлектрик эффектийн саатал яагаад долгионы онолоос үүдэлтэйг тайлбарла.

3. Ижил давтамжтай фотонуудын нөлөөгөөр металаас ялгарах электронуудын кинетик энерги ижил байна уу?

4. Үзэгдэх гэрлийн фотонуудын Комптон сарних үзэгдлийг ажиглах боломжтой юу?

5. Гар чийдэнгийн чийдэн болон харагдах гэрлийн фотон тоолуурыг фотоны эх үүсвэр болгон ашиглан Ботегийн туршилтыг хийх боломжтой юу?

Хэрэв та биднийг сэтгэл хөдөлгөм сэдвүүдээрээ мартагдсан гэж бодож байсан бол бид таны урмыг хугалж, баярлуулах гэж яаравчлан: та андуурчээ! Үнэн хэрэгтээ энэ бүх хугацаанд бид квант парадокстой холбоотой галзуу сэдвүүдийг танилцуулах боломжтой аргыг олохыг хичээсэн. Бид хэд хэдэн ноорог бичсэн боловч бүгдийг нь хүйтэнд хаясан. Учир нь квант хошигнолыг тайлбарлахын тулд бид маш их зүйлийг ойлгодоггүй гэдгээ хүлээн зөвшөөрдөг (мөн энэ асуудлыг цөөхөн хүн, түүний дотор дэлхийн гайхалтай эрдэмтэд ойлгодог). Харамсалтай нь, квант ертөнц нь филистийн ертөнцийг үзэх үзэлд маш харь тул буруу ойлголтоо хүлээн зөвшөөрч, ядаж үндсийг нь ойлгохын тулд хамтдаа жаахан оролдох нь ичмээр зүйл биш юм.

Хэдийгээр бид ердийнх шигээ Google-ийн зургуудын талаар аль болох тодорхой ярихыг хичээх боловч туршлагагүй уншигчдад эхний бэлтгэл шаардлагатай тул бид өмнөх сэдвүүдийг, ялангуяа квант ба бодисын талаар судлахыг зөвлөж байна.
Ялангуяа гуманистууд болон бусад сонирхогчдод - квант парадоксууд. 1-р хэсэг.

Энэ сэдвээр бид квант ертөнцийн хамгийн түгээмэл нууц болох долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын тухай ярих болно. Бид "хамгийн энгийн" гэж хэлэхэд физикчид үүнээс маш их залхсан тул энэ нь нууцлаг зүйл ч биш юм шиг санагддаг. Гэхдээ энэ нь бусад квант парадоксуудыг дундаж оюун ухаанд хүлээн зөвшөөрөхөд бүр ч хэцүү байдагтай холбоотой юм.

Тэгээд ийм байсан. Эрт дээр үед, 17-р зууны дунд үед Ньютон, Гюйгенс нар гэрлийн оршин тогтнох талаар санал нийлэхгүй байсан: Ньютон гэрлийг бөөмсийн урсгал гэж ичгүүргүйгээр тунхаглаж, хуучин Гюйгенс гэрлийг долгион гэдгийг батлахыг оролдсон. Гэвч Ньютон илүү эрх мэдэлтэй байсан тул гэрлийн мөн чанарын тухай түүний мэдэгдлийг үнэн гэж хүлээн зөвшөөрч, Гюйгенс инээлдэж байв. Хоёр зуун жилийн турш гэрэл нь үл мэдэгдэх бөөмсийн урсгал гэж тооцогддог байсан бөгөөд тэдний мөн чанарыг хэзээ нэгэн цагт олж мэдэх болно гэж найдаж байв.

19-р зууны эхээр дорно дахины судлаач Томас Янг оптик багажаар хичээллэж байсан бөгөөд үүний үр дүнд тэрээр одоо Янгийн туршилт гэж нэрлэгддэг туршилтыг авч, явуулсан бөгөөд физикч бүр энэ туршилтыг ариун гэж үздэг.

Томас Янг зүгээр л хавтангийн хоёр ангарлаар гэрлийн туяаг (ижил өнгөтэй, давтамж нь ойролцоогоор ижил) чиглүүлж, түүний ард өөр дэлгэцийн хавтанг байрлуулав. Үр дүнг нь хамт ажиллагсаддаа үзүүлэв. Хэрэв гэрэл нь бөөмсийн урсгал байсан бол бид цаана нь хоёр гэрлийн судал харах болно.
Гэвч харамсалтай нь бүхэл бүтэн шинжлэх ухааны ертөнцийн хувьд хавтангийн дэлгэц дээр хэд хэдэн бараан, цайвар судлууд гарч ирэв. Интерференц гэж нэрлэгддэг нийтлэг үзэгдэл бол хоёр (эсвэл түүнээс дээш долгион) бие биенийхээ дээр давхцах явдал юм.

Дашрамд хэлэхэд, хөндлөнгийн ачаар бид тосон толбо эсвэл савангийн хөөс дээр солонгын өнгийг ажигладаг.

Өөрөөр хэлбэл гэрэл бол долгион гэдгийг Томас Янг туршилтаар нотолсон. Шинжлэх ухааны ертөнц Юнгид итгэхийг удаан хугацаанд хүсээгүй бөгөөд нэг удаа тэрээр маш их шүүмжлэгдэж, долгионы онолынхоо санааг хүртэл орхисон юм. Гэвч тэдний зөв гэдэгт итгэх итгэл давамгайлсан хэвээр байгаа бөгөөд эрдэмтэд гэрлийг долгион гэж үзэж эхлэв. Үнэн, ямар давалгаа - энэ нь нууц байсан.
Энд, зурган дээр, хуучин сайн Жунгийн туршилт байна.

Гэрлийн долгионы шинж чанар нь сонгодог физикт тийм ч их нөлөө үзүүлээгүй гэж хэлэх ёстой. Эрдэмтэд томъёоллыг дахин бичиж, удахгүй бүх дэлхий бүх зүйлд зориулсан нэг түгээмэл томъёоны дор тэдний хөлд унах болно гэдэгт итгэж эхлэв.
Гэхдээ Эйнштейн урьдын адил бүх зүйлийг сүйрүүлсэн гэж та аль хэдийн таамаглаж байсан. Асуудал нөгөө талаас гарч ирэв - эхлээд эрдэмтэд дулааны долгионы энергийг тооцоолохдоо андуурч, квантуудын тухай ойлголтыг олж нээсэн (энэ тухай "" гэсэн сэдвээс уншина уу). Дараа нь эдгээр квантуудын тусламжтайгаар Эйнштейн физикт цохилт өгч, фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг тайлбарлав.

Товчхондоо: фотоэлектрик эффект (үүний нэг үр дагавар нь хальсанд өртөх) нь тодорхой материалын гадаргуугаас электронуудыг гэрлийн нөлөөгөөр таслах явдал юм. Техникийн хувьд энэ тогших нь гэрэл нь бөөмс шиг тохиолддог. Эйнштейн гэрлийн бөөмийг гэрлийн квант гэж нэрлэж, дараа нь фотон гэж нэрлэжээ.

1920 онд гэрлийн долгионы эсрэг онолд гайхалтай Комптон эффект нэмэгдсэн: электроныг фотоноор бөмбөгдөхөд фотон нь энерги алдаж электроноос үсэрдэг (бид цэнхэр өнгөөр "буудадаг" боловч улаан нь нисдэг). унтраах), нөгөө билльярдын бөмбөг шиг. Комптон үүний төлөө Нобелийн шагнал хүртсэн.

Энэ удаад физикчид гэрлийн долгионы шинж чанарыг зүгээр л орхихоос болгоомжилж, харин үүний оронд шаргуу бодсон. Шинжлэх ухаан аймшигт нууцтай тулгарч байна: гэрэл долгион уу эсвэл бөөмс үү?

Аливаа долгионы нэгэн адил гэрэл нь давтамжтай байдаг бөгөөд үүнийг шалгахад хялбар байдаг. Өнгө бүр нь цахилгаан соронзон (гэрлийн) долгионы өөр давтамжтай байдаг тул бид өөр өөр өнгийг хардаг: улаан бол бага давтамж, нил ягаан бол өндөр давтамж юм.
Гэхдээ энэ нь гайхалтай юм: харагдах гэрлийн долгионы урт нь атомаас таван мянга дахин их байдаг - атом энэ долгионыг шингээх үед ийм "юм" атомд яаж багтах вэ? Хэрэв зөвхөн фотон нь атомтай харьцуулж болохуйц хэмжээний бөөмс юм бол. Фотон нь нэгэн зэрэг том, жижиг аль аль нь мөн үү?

Нэмж дурдахад фотоэлектрик эффект ба Комптон эффект нь гэрэл нь бөөмсийн урсгал хэвээр байдгийг тодорхой нотолж байна: долгион нь орон зайд байрлах электронуудад энергийг хэрхэн шилжүүлдэгийг тайлбарлах боломжгүй - хэрвээ гэрэл долгион байсан бол дараа нь зарим электронууд тасрах болно. бусдаас илүү, мөн үзэгдэл Бид фотоэлектрик эффектийг ажиглахгүй. Харин урсгалын хувьд нэг фотон нэг электронтой мөргөлдөж, тодорхой нөхцөлд түүнийг атомаас гаргана.

Үүний үр дүнд гэрэл бол долгион ба бөөмс юм. Өөрөөр хэлбэл, нэг нь ч биш, нөгөө нь ч биш, харин материйн оршихуйн урьд өмнө мэдэгдээгүй шинэ хэлбэр: бидний ажиглаж буй үзэгдлүүд нь юу болж байгааг хэрхэн харж байгаагаас хамааран бодит байдлын төсөөлөл эсвэл сүүдэр юм. Бид нэг талаас гэрэлтсэн цилиндрийн сүүдрийг харахад тойрог, нөгөө талаас нь гэрэлтүүлэхэд тэгш өнцөгт сүүдэр харагдана. Гэрлийн бөөмс-долгионы дүрслэл ч мөн адил.

Гэхдээ энд ч гэсэн бүх зүйл тийм ч хялбар биш юм. Бид гэрлийг долгион эсвэл бөөмсийн урсгал гэж үздэг гэж хэлж болохгүй. Цонхоор хар. Гэнэт, цэвэрхэн угаасан шилэнд ч гэсэн бид бүрхэг ч гэсэн өөрсдийн тусгалыг олж хардаг. Баригдсан нь юу вэ? Хэрэв гэрэл бол долгион юм бол цонхон дээрх тусгалыг тайлбарлахад хялбар байдаг - долгион саадаас тусах үед бид усанд ижил төстэй нөлөө үзүүлдэг. Гэхдээ гэрэл бол бөөмсийн урсгал юм бол тусгалыг тийм амархан тайлбарлах аргагүй. Эцсийн эцэст бүх фотонууд ижил байдаг. Гэсэн хэдий ч, хэрэв тэдгээр нь бүгд адилхан бол цонхны шил хэлбэрийн хаалт нь тэдэнд ижил нөлөө үзүүлэх ёстой. Нэг бол тэд бүгд шилээр дамждаг, эсвэл бүгд туссан байдаг. Гэвч хатуу ширүүн бодит байдалд фотонуудын зарим нь шилээр дамжин нисч, бид хөрш байшинг хараад тэр даруй тусгалаа олж хардаг.

Мөн санаанд орж ирдэг цорын ганц тайлбар бол фотонууд өөрсдөө байдаг. Тухайн фотон нь шилтэй бөөмс хэлбэрээр мөргөлдөх үү, долгион хэлбэрээр мөргөлдөх үү гэдгийг зуун хувийн магадлалтайгаар таамаглах боломжгүй юм. Энэ бол квант физикийн үндэс суурь юм - ямар ч шалтгаангүйгээр микро түвшинд материйн бүрэн, туйлын санамсаргүй үйлдэл (мөн бидний асар их хэмжээний ертөнцөд бүх зүйл шалтгаантай гэдгийг бид туршлагаасаа мэддэг). Энэ бол зоос шидэхээс ялгаатай нь төгс санамсаргүй тоо үүсгэгч юм.

Фотоныг нээсэн гайхамшигт Эйнштейн амьдралынхаа эцэс хүртэл квант физик буруу гэдэгт итгэлтэй байсан бөгөөд "Бурхан шоо тоглодоггүй" гэж хүн бүр баталж байсан. Гэвч орчин үеийн шинжлэх ухаан энэ нь тоглодог гэдгийг улам бүр баталж байна.

Нэг л өдөр эрдэмтэд "долгион ба бөөмс" гэсэн маргааныг зогсоож, 20-р зууны технологийг харгалзан Юнгийн туршлагыг хуулбарлахаар шийджээ. Энэ үед тэд фотонуудыг нэг нэгээр нь (хүн амын дунд "лазер" гэж нэрлэдэг квант генераторууд) буудаж сурсан тул нэг бөөмсийг хоёр ан цаваар буудвал дэлгэцэн дээр юу болохыг шалгахаар шийджээ. Эцэст нь хяналттай туршилтын нөхцөлд матери гэж юу болох нь тодорхой болно.

Гэнэт - нэг квант гэрлийн (фотон) хөндлөнгийн хэв маягийг харуулсан, өөрөөр хэлбэл бөөмс хоёр ангархайг нэгэн зэрэг нисч, фотон өөрөө өөртөө саад учруулсан (шинжлэх ухааны хэлээр). Техникийн цэгийг тодруулъя - үнэндээ интерференцийн зургийг нэг фотоноор биш, харин нэг бөөмөөр 10 секундын зайтай хэд хэдэн удаа буудсан - цаг хугацаа өнгөрөхөд 1801 оноос хойш ямар ч С оюутнуудад танил болсон Янгийн захууд гарч ирэв. дэлгэц.

Долгионы үүднээс авч үзвэл энэ нь логик юм - долгион нь хагарлаар дамждаг бөгөөд одоо хоёр шинэ долгион нь төвлөрсөн тойрогт хуваагдаж, бие биентэйгээ давхцаж байна.
Гэхдээ корпускулярын үүднээс авч үзвэл фотон нь ангархай дундуур өнгөрөхдөө нэгэн зэрэг хоёр газар байрладаг бөгөөд дамжин өнгөрсний дараа өөртэйгөө холилддог. Энэ нь ерөнхийдөө хэвийн зүйл, тийм үү?
Энэ нь хэвийн байсан нь тогтоогдсон. Түүгээр ч барахгүй фотон нь нэг дор хоёр ангархай байдаг тул энэ нь ангархайн өмнө болон тэдгээрийн дундуур ниссэний дараа хаа сайгүй нэгэн зэрэг байна гэсэн үг юм. Ерөнхийдөө квант физикийн үүднээс авч үзвэл эхлэл ба төгсгөлийн хооронд ялгарсан фотон нь нэгэн зэрэг "хаа сайгүй, нэг дор" байдаг. Физикчид бөөмийн ийм олдворыг "хаа сайгүй нэг дор" суперпозиция гэж нэрлэдэг - урьд өмнө нь математикийн өхөөрдөм байсан аймшигт үг одоо физик бодит байдал болжээ.

Квантын физикийг эсэргүүцэгч нэгэн Э.Шредингер энэ үед ус гэх мэт бодисын долгионы шинж чанарыг тодорхойлсон томьёог хаа нэгтээ ухаж олжээ. Тэгээд бага зэрэг эргэцүүлсний дараа би долгионы функц гэж нэрлэгддэг зүйлийг олж мэдсэн. Энэ функц нь тодорхой байршилд фотоныг олох магадлалыг харуулсан. Энэ нь тодорхой байршил биш харин магадлал гэдгийг анхаарна уу. Мөн энэ магадлал нь тухайн байршил дахь квант долгионы оргилын өндрийн квадратаас хамаарна (хэрэв хэн нэгэн дэлгэрэнгүй мэдээллийг сонирхож байвал).

Бид бөөмсийн байршлыг хэмжих асуудалд тусдаа бүлгийг зориулах болно.

Цаашдын нээлтүүд нь хоёрдмол үзэлтэй зүйлс бүр ч муу, илүү нууцлаг болохыг харуулсан.
1924 онд Луи де Бройль гэрлийн долгион-корпускуляр шинж чанар нь мөсөн уулын орой юм гэж хэлсэн. Мөн бүх энгийн бөөмс ийм үл ойлгогдох шинж чанартай байдаг.
Өөрөөр хэлбэл бөөмс ба долгион нь зөвхөн цахилгаан соронзон орны бөөмс (фотон) төдийгүй электрон, протон гэх мэт бодит бөөмс юм. Микроскопийн түвшинд бидний эргэн тойронд байгаа бүх бодис бол долгион юм(мөн бөөмсийг нэгэн зэрэг).

Хэдэн жилийн дараа энэ нь бүр туршилтаар батлагдсан - Америкчууд катодын цацрагийн хоолойд электронуудыг жолоодож байсан (энэ нь өнөөгийн эртний хүмүүс үүнийг "кинескоп" гэж нэрлэдэг) - электронуудын тусгалтай холбоотой ажиглалтууд нь электрон гэдгийг баталсан. мөн долгион (ойлгоход хялбар болгох үүднээс тэд электроны замд хоёр ангархайтай хавтанг байрлуулж, электроны интерференцийг байгаагаар нь харсан гэж хэлж болно).

Өнөөдрийг хүртэл туршилтаар атомууд бас долгионы шинж чанартай байдаг ба зарим тусгай төрлийн молекулууд ("фуллерен" гэж нэрлэгддэг) долгион хэлбэрээр илэрдэг болохыг олж мэдсэн.

Бидний түүхийг хараахан гайхшруулж амжаагүй байгаа уншигчийн сониуч ухаан: Хэрэв матери бол долгион юм бол яагаад жишээлбэл нисдэг бөмбөгийг долгион хэлбэрээр огторгуйд түрхдэггүй юм бэ? Тийрэлтэт онгоц яагаад долгионтой огт төстэй биш, харин тийрэлтэт онгоцтой маш төстэй байдаг вэ?

Де Бройль, чөтгөр энд бүх зүйлийг тайлбарлав: тиймээ, нисдэг бөмбөг эсвэл Боинг бол бас долгион боловч энэ долгионы урт богино байх тусам импульс их байх болно. Момент нь массыг хурдыг үржүүлсэн хэмжээ юм. Өөрөөр хэлбэл, материйн масс их байх тусам долгионы урт нь богино байх болно. 150 км/цагийн хурдтай нисч буй бөмбөгний долгионы урт нь ойролцоогоор 0.00 метр болно. Тиймээс бид бөмбөг орон зайд хэрхэн долгион болон тархаж байгааг анзаарч чадахгүй байна. Бидний хувьд энэ бол хатуу зүйл юм.
Электрон бол маш хөнгөн бөөмс бөгөөд 6000 км/сек хурдтай нисч, мэдэгдэхүйц долгионы урт нь 0.0000000001 метр байх болно.

Дашрамд хэлэхэд атомын цөм яагаад тийм "долгион" байдаггүй вэ гэсэн асуултад шууд хариулъя. Хэдийгээр энэ нь атомын төвд байрладаг бөгөөд электронууд нь галзуугаар нисч, нэгэн зэрэг түрхдэг боловч протон ба нейтроны масстай холбоотой зохих импульс, түүнчлэн өндөр давтамжийн хэлбэлзэл (хурд) байдаг. цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэлийн дотор бөөмсийн байнгын солилцоо байгаа эсэх (сэдвийг уншина уу). Тиймээс цөм нь бидний сайн мэддэг хатуу бодистой илүү төстэй юм. Электрон бол долгионы шинж чанарыг тодорхой илэрхийлсэн масстай цорын ганц бөөмс учраас хүн бүр үүнийг баяртайгаар судалдаг.

Бөөмсүүд рүүгээ буцаж орцгооё. Тэгэхээр энэ нь: атомыг тойрон эргэлдэж буй электрон нь бөөмс ба долгион юм. Өөрөөр хэлбэл, бөөмс эргэлддэг бөгөөд үүний зэрэгцээ электрон нь цөмийн эргэн тойронд тодорхой хэлбэрийн бүрхүүлийг илэрхийлдэг долгион юм - үүнийг хүний тархи яаж ойлгох вэ?

Нисдэг электрон нь нилээд том (бичил ертөнцийн хувьд) долгионы урттай бөгөөд атомын цөмд багтахын тулд ийм долгион нь зохисгүй их хэмжээний орон зай шаарддаг гэдгийг бид дээр дурдсан. Цөмтэй харьцуулахад ийм том хэмжээтэй атомуудыг тайлбарладаг зүйл бол энэ юм. Электроны долгионы урт нь атомын хэмжээг тодорхойлдог. Цөм ба атомын гадаргуугийн хоорондох хоосон орон зай нь электроны долгионы урт (мөн нэгэн зэрэг бөөм) -ийн "байршил" -аар дүүрдэг. Энэ бол маш бүдүүлэг бөгөөд буруу тайлбар - биднийг өршөөгөөрэй - бодит байдал дээр бүх зүйл илүү төвөгтэй байдаг, гэхдээ бидний зорилго бол энэ бүхнийг сонирхож буй хүмүүст шинжлэх ухааны боржин чулууны хэсгийг хазах боломжийг олгох явдал юм.

Дахин тодорхой болъё![YP-д] нийтлэлийн талаар зарим тайлбар хийсний дараа бид энэ нийтлэлд ямар чухал зүйл дутуу байсныг ойлгосон. Анхаар! Бидний тодорхойлсон материйн хэлбэр нь долгион ч биш, бөөмс ч биш. Энэ нь зөвхөн (нэгэн зэрэг) долгионы шинж чанар ба бөөмсийн шинж чанартай байдаг. Цахилгаан соронзон долгион эсвэл электрон долгионыг далайн давалгаа, дууны долгионтой адил гэж хэлж болохгүй. Бидний сайн мэддэг долгион нь ямар нэгэн бодисоор дүүрсэн орон зай дахь эвдрэлийн тархалтыг илэрхийлдэг.
Фотонууд, электронууд болон бичил ертөнцийн бусад тохиолдлуудыг орон зайд хөдөлж байхдаа долгионы тэгшитгэлээр дүрсэлж болно, гэхдээ тэдгээр нь долгионтой адилгүй байдаг. Энэ нь материйн корпускуляр бүтэцтэй төстэй: бөөмийн үйлдэл нь жижиг цэгийн бөмбөлгүүдийн нислэгтэй төстэй боловч эдгээр нь хэзээ ч бөмбөг биш юм.
Үүнийг ойлгож, хүлээн зөвшөөрөх ёстой, эс тэгвээс бидний бүх бодол эцэстээ макро ертөнц дэх аналогийг хайхад хүргэж, улмаар квант физикийн талаарх ойлголт дуусч, квант ид шид, материаллаг байдал гэх мэт фриаризм буюу шарлатан философи эхлэх болно. бодлуудаас.

Юнгийн орчин үеийн туршилтын үлдсэн аймшигт дүгнэлт, үр дагаврыг дараагийн хэсэгт авч үзэх болно - Гейзенбергийн тодорхойгүй байдал, Шрөдингерийн муур, Паули гадуурхах зарчим, квант орооцолдол зэрэг нь бидний нийтлэлийг нэгээс олон удаа уншиж, эргэлзэх тэвчээртэй, бодолтой уншигчийг хүлээж байна. нэмэлт мэдээлэл хайж интернетээр дамжуулан.

Анхаарал тавьсан та бүхэнд баярлалаа. Хүн бүрт нойргүйдэл эсвэл танин мэдэхүйн хар дарсан зүүд!

Анхаарах зүйл: Бүх зургийг Google-ээс авсан (зургаар хайх) - зохиогчийн эрхийг тэнд тогтоодог гэдгийг бид танд сануулж байна.
Текстийг хууль бусаар хуулсан бол эрүүгийн хэрэг үүсгэнэ, дарна ш дээ...