Фотоны нийт энерги. Фотоны амрах масс

Атомоос ч бага

Фотон нь түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваагдах боломжгүй дэд цөмийн бичил биет юм. Энэ нь өөрийн гэсэн массгүй бөгөөд цахилгаан саармаг юм. Энэ бол цахилгаан соронзон цацрагийн хамгийн жижиг, хуваагдашгүй бөөмс юм. Фотон

гэрлийн хурдаар хөдөлж, зөвхөн хөдөлгөөнд оршдог. Түүнийг зогсоох боломжгүй юм. Түүний тайван масс нь тэг тул гэрлийн хурдаар хөдөлдөг эсвэл огт байдаггүй. Тэр хөдөлгөөнгүй байж чадахгүй. Зарим эрдэмтдийн үзэж байгаагаар фотон бол бөөмс биш, харин цахилгаан соронзон долгион юм. Гэсэн хэдий ч энэ үзэл бодол маргаантай байна.

Гэрлийн мөн чанарын тухай

Гэрэл нь үл үзэгдэх жижиг хэсгүүдээс тогтдог гэсэн санааг анх гаргасан эрдэмтэн бол Арабын түшмэл Абу аль-Хайтам юм. Тэрээр энэ санаагаа 1021 онд "Оптикийн ном"-доо илэрхийлсэн байдаг. Хэдэн зуун жилийн дараа 1873 онд Британийн эрдэмтэн Максвелл энэ салбарт хувьсгал хийсэн. Тэрээр гэрэл бол цахилгаан соронзон долгион гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Үнэн, тэр үед түүний онол зарим талаараа байсан

үнэн биш байсан. Цаашилбал, янз бүрийн цахилгаан соронзон үзэгдлийг судалж байхдаа тэрээр өөр нэг логик дүгнэлтэд хүрчээ. Түүний хамгийн чухал нээлт бол гэрэл сааданд зайлшгүй дарамт учруулдаг явдал байв. Энэ үзэгдэл нь хөдөлж буй фотонууд замд тааралдсан молекулууд эсвэл атомууд руу импульс шилжүүлдэг явдал дээр суурилдаг. Максвеллийн энэхүү мэдэгдлийг Н.П.Лебедев баталжээ. Фотоны импульс нь Планкийн тогтмолыг гэрлийн долгионы урттай харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна. Үүнийг p=h/λ томъёогоор илэрхийлж болно.

Фотоныг ашиглаж байна

Магадгүй хэсэг хугацааны дараа хүн төрөлхтөн шинэ төрлийн эрчим хүчний эх үүсвэрт бүрэн шилжих бөгөөд энэ нь хий, газрын тос, нүүрснээс хамаагүй хямд, үр ашигтай байх болно. Энэ нь аль хэдийн бараг хаа сайгүй олддог гэдгийг хэлэхэд хангалттай. Бусад зүйлсийн дотор энэ эрчим хүчний эх үүсвэрийг монопольчлох боломжгүй бөгөөд энэ нь хий, цахилгаан гэх мэт олон давуу талыг өгөх болно. Энэ юу вэ? Энэ бол фотоны энерги юм. Үүнийг нарны эрчим хүчийг ашиглан аль хэдийн ашиглаж байна

батерейнууд. Фотоны энерги нь Планкийн тогтмол ба цацрагийн давтамжийн үржвэр юм. Үүнийг e=hv томъёогоор илэрхийлж болно. Энэ тохиолдолд v үсэг нь фотоны давтамжийг илэрхийлнэ. Газрын түвшинд нарны цацрагийн нягт нь нэг квадрат метр талбайд мянга орчим ватт байдаг. Манай гаригт хамгийн ойрхон одноос ирж буй фотонуудын энэхүү хүчирхэг бөгөөд тасралтгүй урсгалыг цахилгаан энерги болгон хувиргах боломжтой. Яаж? Диаметр нь ихэвчлэн 12.5 см байдаг цахиураар хийсэн налуу булантай хавтгай дөрвөлжин гэж төсөөлөөд үз дээ. Энэ нь моно болон олон талст хэлбэртэй байж болно. Ийм хэсгүүдээс нарны хавтанг хийдэг. Тэд фотоны энергийг цахилгаан болгон хувиргадаг. Хөрвүүлэгчийн үр ашиг нь түүний төрөл, бүтцээс хамаарч 5-17 хувийн хооронд хэлбэлзэж болно. Гэсэн хэдий ч нарны гэрэл (фотоны энергийг уншина уу) нь үнэгүй цахилгаан эрчим хүчний ирээдүйтэй эх үүсвэр юм. Үүнийг дахин боловсруулдаг тусгай хавтанг Европт олон байшинд суурилуулсан. Илүү гайхалтай жишээг өгч болно - бидний үед нарны гэрлээс цэнэглэгдсэн батерейтай машинууд гарч ирэв.

Гэрэл ба дулаан, амт ба үнэр, өнгө ба мэдээлэл - энэ бүхэн фотонуудтай салшгүй холбоотой. Түүгээр ч барахгүй ургамал, амьтан, хүний ​​амьдрал энэхүү гайхалтай бөөмсгүйгээр боломжгүй юм.

Орчлон ертөнцөд протон эсвэл нейтрон бүрт 20 тэрбум орчим фотон байдаг гэж үздэг. Энэ бол гайхалтай асар их тоо юм.

Гэхдээ бидний эргэн тойрон дахь дэлхий дээрх хамгийн түгээмэл бөөмийн талаар бид юу мэддэг вэ?

Зарим эрдэмтэд фотоны хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдтай тэнцүү гэж үздэг. ойролцоогоор 300,000 км/сек бөгөөд энэ нь Орчлон ертөнцийн хамгийн дээд хурд юм.

Бусад эрдэмтэд бөөмсийн хурд нь гэрлийн хурдаас хурдан байдаг олон жишээ Орчлон ертөнцөд байдаг гэж үздэг.

Зарим эрдэмтэд фотоныг цахилгаан саармаг гэж үздэг.

Бусад нь фотоныг цахилгаан цэнэгтэй гэж үздэг (зарим эх сурвалжийн дагуу 10 -22 эВ/сек 2-оос бага).

Зарим эрдэмтэд фотоныг массгүй бөөмс гэж үздэг бөгөөд тэдний бодлоор фотоны амарч байх үеийн масс тэгтэй тэнцүү байна.

Бусад нь фотон масстай гэдэгт итгэдэг. Үнэн, маш, маш бага. Хэд хэдэн судлаачид энэ үзэл баримтлалыг баримталж, фотоны массыг янз бүрийн аргаар тодорхойлдог: 6 х 10 -16 эВ, 7 х 10 -17 эВ, 1 х 10 -22 эВ, бүр 3 х 10 -27 эВ, Энэ нь электрон массаас хэдэн тэрбум дахин бага юм.

Зарим эрдэмтэд гэрлийн тусгал, хугарлын хуулиудын дагуу фотон нь бөөмс, өөрөөр хэлбэл. корпускул. (Евклид, Лукреций, Птолемей, И. Ньютон, П. Гассенди)

Бусад хүмүүс (Р. Декарт, Р. Хук, Х. Гюйгенс, Т. Юнг, О. Френель) гэрлийн дифракц, интерференцийн үзэгдэлд тулгуурлан фотоныг долгионы шинж чанартай гэж үздэг.

Атомын цөм ба электронууд ялгарах буюу шингээх үед, түүнчлэн фотоэлектрик эффектийн үед фотон нь бөөмс шиг ажилладаг.

Шилэн призм эсвэл саадны жижиг нүхээр дамжин өнгөрөхөд фотон нь түүний тод долгионы шинж чанарыг харуулдаг.

Францын эрдэмтэн Луи де Бройлигийн фотонуудад бөөмс ба долгионы шинж чанарууд байдаг гэсэн долгион-бөөмийн дуализмд суурилсан буулт шийдэл нь энэ асуултын хариулт биш юм. Долгион бөөмийн хоёрдмол байдал нь зөвхөн түр зуурынх юм тохиролцоо, энэ маш чухал асуултад хариулах эрдэмтдийн туйлын хүчгүйд тулгуурласан.

Мэдээж энэ гэрээ тодорхой хэмжээгээр намжсан ч асуудлыг шийдэж чадаагүй.

Үүний үндсэн дээр бид томъёолж болно эхний асуултфотонтой холбоотой

Асуулт нэг.

Фотонууд долгион уу эсвэл бөөмс үү? Эсвэл хоёулаа эсвэл аль нь ч биш үү?

Дараа нь. Орчин үеийн физикийн хувьд фотон нь цахилгаан соронзон цацрагийн квант (хэсэг) хэсгийг төлөөлдөг энгийн бөөмс юм.. Гэрэлмөн цахилгаан соронзон цацраг бөгөөд фотоныг гэрлийн тээвэрлэгч гэж үздэг. Энэ нь бидний ухамсарт нэлээд баттай тогтсон бөгөөд фотон нь юуны түрүүнд гэрэлтэй холбоотой юм.

Гэсэн хэдий ч гэрлээс гадна бусад төрлийн цахилгаан соронзон цацрагууд байдаг: гамма цацраг, рентген туяа, хэт ягаан туяа, харагдахуйц, хэт улаан туяа, богино долгионы болон радио цацраг. Тэд долгионы урт, давтамж, эрчим хүчээр бие биенээсээ ялгаатай бөгөөд өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг.

Цацрагийн төрлүүд ба тэдгээрийн товч шинж чанарууд

Бүх төрлийн цахилгаан соронзон цацрагийн тээвэрлэгч нь фотон юм. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар энэ нь хүн бүрт адилхан байдаг. Үүний зэрэгцээ цацрагийн төрөл бүр өөр өөр долгионы урт, чичиргээний давтамж, өөр өөр фотоны эрчим хүчээр тодорхойлогддог. Тэгэхээр өөр өөр фотонууд уу? Өөр өөр төрлийн цахилгаан соронзон долгионы тоо ижил тооны өөр өөр төрлийн фотонуудтай тохирч байх ёстой юм шиг санагдаж байна. Гэвч орчин үеийн физикт ганцхан фотон байсаар байна.

Энэ нь шинжлэх ухааны парадокс болж хувирав - цацраг нь өөр, шинж чанар нь бас өөр боловч эдгээр цацрагийг дамжуулдаг фотон нь ижил байдаг.

Жишээлбэл, гамма цацраг, рентген туяа нь саад бэрхшээлийг даван туулдаг боловч хэт ягаан туяа, хэт улаан туяа, үзэгдэх гэрэл нь урт долгионы урттай боловч бага энергитэй байдаг. Үүний зэрэгцээ, богино долгионы болон радио долгионы цацраг нь бүр урт долгионы урттай, бүр бага энергитэй боловч ус, бетон хананы зузааныг даван туулдаг. Яагаад?

Төрөл бүрийн цацрагийн дор фотонуудын нэвтрэх чадвар

Эндээс хоёр асуулт гарч ирнэ.

Хоёр дахь асуулт.

Бүх төрлийн цацрагт бүх фотон үнэхээр адилхан уу?

Гуравдугаар асуулт.

Яагаад зарим төрлийн цацрагийн фотонууд саад бэрхшээлийг даван туулж, бусад төрлийн цацрагийг давж чаддаггүй вэ? Ямар асуудал байна - цацраг эсвэл фотон уу?

Фотон бол орчлон ертөнцийн хамгийн жижиг бүтэцгүй бөөмс гэсэн үзэл бодол байдаг. Шинжлэх ухаан одоогоор фотоноос жижиг зүйлийг тодорхойлж чадаагүй байна. Гэхдээ энэ үнэн үү? Эцсийн эцэст, нэгэн цагт атомыг бидний эргэн тойрон дахь дэлхийн хамгийн жижиг, хуваагдашгүй гэж үздэг байв. Тиймээс дөрөв дэх асуулт нь логик юм:

Дөрөв дэх асуулт.

Фотон нь өчүүхэн бөгөөд бүтэцгүй бөөмс мөн үү, эсвэл бүр жижиг формацуудаас бүрддэг үү?

Нэмж дурдахад фотоны үлдсэн масс нь тэг бөгөөд хөдөлгөөнд масс болон энергийн аль алиныг нь харуулдаг гэж үздэг. Гэхдээ дараа нь байдаг

тав дахь асуулт:

Фотон нь материаллаг бөөмс мөн үү, үгүй ​​юу? Хэрэв фотон материаллаг бол түүний масс тайван байдалд хаана алга болдог вэ? Хэрэв энэ нь материаллаг биш юм бол яагаад бидний эргэн тойрон дахь ертөнцтэй түүний бүрэн материаллаг харилцан үйлчлэл бүртгэгдсэн бэ?

Ингээд фотоны тухай таавартай таван асуулт байна. Мөн өнөөдөр тэдэнд тодорхой хариулт алга байна. Тэд тус бүр өөрийн гэсэн асуудалтай байдаг. Өнөөдөр бидний авч үзэх гэж оролдох асуудлууд.

Бид "Орчлонгийн амьсгал", "Орчлонгийн гүн", "Орчлонгийн хүч" аяллаараа Орчлон ертөнцийн бүтэц, үйл ажиллагааны призмээр энэ бүх асуудлыг нэлээд гүнзгий авч үзсэн. Бид фотон үүсэх бүх замыг үндсэн бөөмс болох эфирийн эргэлтийн бөөгнөрөл үүсэхээс эхлээд галактик ба тэдгээрийн бөөгнөрөл хүртэлх замыг судалж үзсэн. Бид дэлхийн нэлээд логик, системтэй зохион байгуулалттай дүр зурагтай болно гэж найдаж байна. Тиймээс фотоны бүтцийн талаархи таамаглал нь манай Орчлон ертөнцийн талаархи мэдлэгийн тогтолцоонд логик алхам болсон юм.

Фотоны бүтэц

Фотон бидний өмнө бөөмс, долгион хэлбэрээр биш харин эргэдэг конус хэлбэрийн пүрш хэлбэрээр гарч ирсэн бөгөөд эхлэл нь өргөжиж, төгсгөл нь нарийссан..

Фотоны хаврын загвар нь байгалийн үзэгдэл, туршилтын үр дүнг судлахад үүсдэг бараг бүх асуултанд хариулах боломжийг бидэнд олгодог.

Фотонууд нь янз бүрийн төрлийн цахилгаан соронзон цацрагийг тээвэрлэгч гэдгийг бид аль хэдийн дурдсан. Үүний зэрэгцээ шинжлэх ухаан нь янз бүрийн төрлийн цахилгаан соронзон цацрагийг мэддэг ч: гамма цацраг, рентген, хэт ягаан, үзэгдэх, хэт улаан туяа, богино долгионы цацраг, радио цацраг туяа, эдгээр үйл явцад оролцдог зөөвөрлөгч фотонууд өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаггүй. сортууд. Өөрөөр хэлбэл, зарим эрдэмтдийн үзэж байгаагаар аливаа төрлийн цацрагийг бүх нийтийн тодорхой төрлийн фотоноор дамжуулдаг бөгөөд энэ нь гамма цацрагийн үйл явц, радио ялгаруулах үйл явц болон бусад төрлийн цацрагт адилхан амжилттай илэрдэг.

Би энэ байр суурьтай санал нийлэхгүй байна, учир нь байгалийн үзэгдлүүд мэдэгдэж байгаа бүх цахилгаан соронзон цацраг нь зөвхөн параметрүүд (долгионы урт, давтамж, эрчим хүчний чадавхи) төдийгүй шинж чанараараа бие биенээсээ эрс ялгаатай болохыг харуулж байна. Жишээлбэл, гамма цацраг нь аливаа саад тотгорыг амархан нэвтэрч, харагдахуйц цацрагийг эдгээр саадуудаар амархан зогсоодог.

Иймээс нэг тохиолдолд фотонууд цацрагийг хаалтаар дамжуулж чаддаг бол нөгөө тохиолдолд ижил фотонуудаль хэдийн юуг ч даван туулах чадваргүй болсон. Энэ баримт нь фотонууд үнэхээр түгээмэл байдаг уу, эсвэл тэдгээр нь орчлон ертөнцийн янз бүрийн цахилгаан соронзон цацрагийн шинж чанаруудтай нийцдэг өөр өөр сортуудтай юу гэж гайхшруулахад хүргэдэг.

Би бодож байназөв, цацрагийн төрөл бүрийг тодорхойлох өөрийн төрөл зүйлфотонууд. Харамсалтай нь ийм зэрэглэл орчин үеийн шинжлэх ухаанд хараахан байхгүй байна. Гэхдээ энэ нь зөвхөн хялбар төдийгүй засахад маш чухал юм. Цацраг ба түүний параметрүүд өөрчлөгдөж, орчин үеийн тайлбарт фотонуудыг зөвхөн нэг ерөнхий ойлголт болох "фотон" гэж төлөөлдөг тул энэ нь ойлгомжтой юм. Хэдийгээр лавлагаа номонд цацрагийн параметрүүд өөрчлөгдөхөд фотонуудын параметрүүд өөрчлөгддөг гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх ёстой.

Нөхцөл байдал нь "машин" гэсэн ерөнхий ойлголтыг бүх брэндүүдэд хэрэглэхтэй адил юм. Гэхдээ эдгээр брэндүүд өөр өөр байдаг. Бид Лада, Мерседес, Вольво эсвэл Тоёота худалдаж авах боломжтой. Эдгээр нь бүгд "машин" гэсэн ойлголттой нийцдэг боловч тэдгээр нь бүгд гадаад төрх, техникийн шинж чанар, зардлын хувьд ялгаатай байдаг.

Тиймээс, гамма цацрагийн дамжуулагчийн хувьд бид гамма цацрагийн фотон, рентген цацраг - рентген цацрагийн фотон, хэт ягаан туяа - хэт ягаан туяаны фотон гэх мэтийг санал болговол логик байх болно. Эдгээр бүх төрлийн фотонууд нь эргэлтийн урт (долгионы урт), эргэлтийн хурд (чичиргээний давтамж) болон зөөвөрлөх эрчим хүчээрээ ялгаатай байдаг.

Гамма-туяа ба рентген фотонууд нь энэ жижиг эзэлхүүн дэх хамгийн бага хэмжээс, төвлөрсөн энерги бүхий шахсан пүрш юм. Тиймээс тэд бөөмсийн шинж чанарыг харуулдаг бөгөөд молекулууд болон бодисын атомуудын хооронд хөдөлж, саад бэрхшээлийг амархан даван туулдаг.

Хэт ягаан туяаны фотон, үзэгдэх гэрэл, хэт улаан туяаны цацрагийн фотон нь ижил булаг, зөвхөн сунадаг. Эдгээр фотонуудын энерги ижил хэвээр байсан ч фотоны илүү урт биет дээр тархсан байв. Фотоны уртыг нэмэгдүүлэх нь долгионы шинж чанарыг харуулах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч фотоны диаметр ихсэх нь тухайн бодисын молекулуудын хооронд нэвтрэх боломжийг олгодоггүй.

Богино долгионы болон радио фотонууд нь бүр илүү сунгасан бүтэцтэй байдаг. Радио долгионы урт нь хэдэн мянган километрт хүрч болох ч хамгийн бага энергитэй байдаг. Тэд саад тотгорын бодис руу шургуулж, бодисын молекул, атомыг тойрч гарах мэт саад бэрхшээлийг амархан нэвтэрдэг.

Орчлон ертөнцөд бүх төрлийн фотонууд аажмаар гамма цацрагийн фотонуудаас хувирдаг. Гамма цацрагийн фотонууд нь анхдагч юм. Сансар огторгуйд хөдөлж байх үед тэдгээрийн эргэлтийн хурд буурч, тэдгээрийг дараалан рентген цацрагийн фотон болгон хувиргаж, тэдгээр нь эргээд харагдах гэрлийн фотон болгон хувиргадаг хэт ягаан туяаны фотонуудад хувирдаг.

Тиймээс гамма цацрагийн фотоныг рентген фотон болгон хувиргадаг. Эдгээр фотонуудын долгионы урт урт, эргэх хурд бага байх болно. Дараа нь рентген фотонууд нь хэт ягаан туяанд хувирч, харагдах гэрэлд хувирдаг гэх мэт.

Динамик дахь энэхүү өөрчлөлтийн хамгийн тод жишээг цөмийн дэлбэрэлтийн үеэр ажиглаж болно.

Цөмийн дэлбэрэлт ба түүний хор хөнөөлийн бүсүүд

Цөмийн дэлбэрэлтийн үед хэдхэн секундын дотор гамма цацрагийн фотонуудын урсгал нь ойролцоогоор 3 км-ийн зайд хүрээлэн буй орчинд нэвтэрдэг. Дараа нь гамма цацраг зогсох боловч рентген туяа илрэх болно. Энэ тохиолдолд гамма цацрагийн фотоныг рентген цацрагийн фотон болгон хувиргаж, дараалан хэт ягаан туяаны, үзэгдэх ба хэт улаан туяаны фотон болж хувирдаг гэдэгт би итгэдэг. Үүний дагуу фотонуудын урсгал нь цөмийн дэлбэрэлтийн хор хөнөөлтэй хүчин зүйлүүд болох цацраг туяа, гэрлийн цацраг, гал түймэр үүсэх шалтгаан болдог.

"Орчлон ертөнцийн гүн" номонд бид фотонуудын бүтэц, тэдгээрийн үүсэх, ажиллах үйл явцыг нарийвчлан судалсан. Фотонууд нь өөр хоорондоо холбогдсон янз бүрийн диаметртэй цагираг хэлбэртэй энергийн хэсгүүдээс бүрддэг нь бидэнд тодорхой болсон.

Фотоны бүтэц

Фракцууд нь үндсэн хэсгүүдээс үүсдэг - хамгийн жижиг эфирийн эргэлтийн бөөгнөрөл нь эфирийн нягт юмаван. Эфир болон бидний эргэн тойрон дахь бүх ертөнц материаллаг байдаг шиг эдгээр эфирийн нягтралууд нь бүрэн материаллаг юм. Эфирийн нягтрал нь эфирийн эргэлтийн бөөгнөрөлийн массын үзүүлэлтийг тодорхойлдог. Бөөгнөрсөн масс нь фракцуудын массыг бүрдүүлдэг бөгөөд тэдгээр нь фотоны массыг бүрдүүлдэг. БА тэр хөдөлгөөнтэй эсвэл амарч байгаа эсэх нь хамаагүй. Тиймээс фотон бүрэн байна материалмөн өөрийн гэсэн нарийн тодорхойлсон байдаг тайван байдал болон хөдөлгөөнд аль алинд нь масс.

Туршилтын явцад бид фотоны бүтэц, түүний найрлагын талаархи санаагаа шууд баталгаажуулсан. Ойрын хугацаанд бид олж авсан бүх үр дүнг нийтлэх болно гэж найдаж байна. Түүгээр ч барахгүй гадаадын лабораториудад ижил төстэй үр дүн гарсан. Тэгэхээр бид зөв замаар явж байна гэж үзэх үндэслэл бий.

Тиймээс бид фотоны талаар хэд хэдэн асуултад хариулсан.

Бидний ойлголтоор фотон нь бөөмс эсвэл долгион биш, харин янз бүрийн нөхцөлд бөөмсийн хэмжээгээр шахагдаж эсвэл долгионы шинж чанарыг харуулдаг пүрш юм.

Фотонууд нь цацрагийн төрлөөс хамааран өөр өөр сортуудтай бөгөөд гамма цацрагийн фотон, рентген фотон, хэт ягаан туяа, үзэгдэх, хэт улаан туяа, богино долгионы фотон, түүнчлэн радио фотон байж болно.

Фотон нь материаллаг бөгөөд масстай. Энэ бол орчлон ертөнцийн хамгийн жижиг бөөмс биш, харин эфирийн эргүүлэг, энергийн хэсгүүдээс бүрддэг.

Энэ бол фотоны зарим талаараа гэнэтийн, ер бусын тайлбар гэдгийг би ойлгож байна. Гэсэн хэдий ч би дэлхийн ерөнхий хөгжлийн үйл явцтай холбоогүй олон жилийн өмнө батлагдсан нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн дүрэм, постулатуудаас үндэслэдэггүй. Мөн Үнэнд хөтлөх хаалганы түлхүүр болсон ертөнцийн бүтцийн хуулиас үүдэлтэй логикоос.

Үүний зэрэгцээ 2013 онд физикийн салбарын Нобелийн шагналыг Питер Хиггс, Франсуа Энглер нар хүртэж байсан бөгөөд тэд 1964 онд бие биенээсээ үл хамааран байгальд өөр нэг бөөмс болох төвийг сахисан бозон байгааг санал болгосон бөгөөд энэ нь хөнгөн гараар. Нобелийн шагналт Л.Ледерманы зохиолыг "Бурханы бөөм" гэж нэрлэдэг байсан, өөрөөр хэлбэл бидний эргэн тойрон дахь бүх ертөнцийг бүтээсэн анхны тоосгон үндсэн зарчим юм. 2012 онд протоны цацрагийг өндөр хурдтайгаар мөргөлдүүлэх туршилт хийж байхдаа дахин бие даасан хоёр шинжлэх ухааны нийгэмлэг параметрүүд нь хоорондоо давхцаж, П.Хиггс, Ф нарын таамагласан утгатай тохирч байсан бөөмсийг нээсэн тухай бараг нэгэн зэрэг зарлав. Энглер.

Ийм бөөмс нь туршилтын явцад бүртгэгдсэн саармаг бозон байсан бөгөөд түүний амьдрах хугацаа нь 1.56 х 10 -22 секундээс хэтрэхгүй, масс нь протоны массаас 100 дахин их байв. Энэ бөөмс нь атомаас эхлээд галактикийн бөөгнөрөл хүртэл энэ дэлхий дээр байгаа бүх материалд масс өгөх чадвартай гэж тооцогддог. Түүгээр ч барахгүй энэ бөөмс нь бүх бөөмс жингээ олж авдаг тодорхой таамаглалын талбар байгааг шууд нотолж байна гэж үзсэн. Энэ бол ийм ид шидийн нээлт юм.

Гэсэн хэдий ч энэхүү нээлтийн ерөнхий эйфори удаан үргэлжилсэнгүй. Учир нь асуултууд гарч ирэхээс өөр аргагүй болсон. Үнэхээр хэрвээ Хиггс бозон үнэхээр “Бурханы бөөм” юм бол түүний “амьдрал” яагаад түр зуурынх вэ? Бурханы тухай ойлголт нь үүрд мөнхтэй үргэлж холбоотой байдаг. Гэвч хэрэв Бурхан мөнх юм бол Түүний аливаа бөөм нь мөнх байх ёстой. Энэ нь логик бөгөөд ойлгомжтой байх болно. Гэвч аравтын бутархайн дараах хорин хоёр тэгтэй, секундын нэг хэсэг үргэлжлэх бозоны “амьдрал” нь мөнхөд огт тохирохгүй. Үүнийг хоромхон зуур гэж нэрлэхэд ч хэцүү.

Түүгээр ч барахгүй, хэрэв бид "Бурханы бөөмс"-ийн тухай ярих юм бол энэ нь биднийг хүрээлж буй бүх зүйлд байрлаж, бие даасан, урт наслалттай, хамгийн бага боломжтой том биетийг төлөөлөх ёстой гэдгийг тодорхой ойлгох хэрэгтэй. манай ертөнцийн мэдэгдэж буй тоосонцор.

Эдгээр бурханлаг тоосонцороос бидний ертөнцийг аажмаар, алхам алхмаар бүтээх хэрэгтэй болно. Бөөмүүд нь тэдгээрээс бүрдэх ёстой, атомууд нь бөөмсөөс бүрдэх ёстой, мөн одод, галактикууд болон орчлон ертөнцөөс бүрдэх ёстой. Мэдэгдэж байгаа болон үл мэдэгдэх бүх талбарууд нь энэ ид шидийн бөөмстэй холбоотой байх ёстой бөгөөд зөвхөн масс төдийгүй бусад харилцан үйлчлэлийг дамжуулдаг. Энэ бол логик бөгөөд эрүүл ухаантай зөрчилдөхгүй гэж би бодож байна. Учир нь бид энэ бөөмийг бурханлаг зарчимтай холбодог учраас бидний хүлээлтэд зохих хариу өгөх ёстой.

Гэсэн хэдий ч Хиггс бозоны масс нь протоны массаас ч хамаагүй давж байгааг бид аль хэдийн харсан. Гэхдээ том зүйлээс жижиг зүйлийг яаж бүтээх вэ? Зааныг хулганы нүхэнд яаж оруулах вэ?! Арга ч үгүй.

Үнэнийг хэлэхэд энэ сэдэв бүхэлдээ ил тод, үндэслэлтэй биш юм. Хэдийгээр би чадваргүйн улмаас ямар нэг зүйлийг сайн ойлгохгүй байгаа ч гэсэн миний гүн гүнзгий итгэл үнэмшилд Хиггс бозон нь "Бурханы бөөмс"-тэй тохирохгүй байна.

Өөр нэг зүйл бол фотон юм. Энэхүү гайхамшигт бөөмс дэлхий дээрх хүний ​​амьдралыг бүрэн өөрчилсөн.

Төрөл бүрийн цацрагийн фотонуудын ачаар бид эргэн тойрныхоо ертөнцийг харж, нарны гэрэл, дулааныг таашааж, хөгжим сонсож, телевизийн мэдээ үзэж, металлыг оношлох, эмчлэх, шалгах, гэмтээж, сансар огторгуйг харж, материйн гүнд нэвтэрч, түүнтэй харьцдаг. бие биенээсээ хол зайд утсаар ярих ... Фотонгүйгээр амьдралыг төсөөлөхийн аргагүй. Тэд зөвхөн бидний амьдралын нэг хэсэг биш юм. Тэд бол бидний амьдрал.

Фотонууд бол хүн ба түүний эргэн тойрон дахь ертөнцийн хоорондын харилцааны гол хэрэгсэл юм.Зөвхөн тэд л биднийг хүрээлэн буй ертөнцөд нэвтрэн орох боломжийг олгодог бөгөөд хараа, үнэр, хүрэлцэх, амтлах тусламжтайгаар үүнийг ойлгож, түүний гоо үзэсгэлэн, олон янз байдлыг биширдэг. Энэ бүхэн тэдний ачаар - фотонуудын ачаар юм.

Бас нэг зүйл. Энэ нь магадгүй гол зүйл юм. Зөвхөн фотонууд гэрэл авч явдаг! Бүх шашны хууль тогтоомжийн дагуу Бурхан энэ гэрлийг төрүүлсэн. Түүнээс гадна, Бурхан бол гэрэл юм!

Яаж хүн уруу таталтыг даван туулж, фотоныг нэрлэхгүй байх вэ? жинхэнэ "Бурханы нэг хэсэг"!Фотон ба зөвхөн фотон энэ дээд цолыг нэхэж чадна! Фотон бол хөнгөн! Фотон бол дулаан! Фотон бол дэлхийн өнгөт үймээн самуун юм! Фотон бол анхилуун үнэр, нарийн амт юм! Фотонгүйгээр амьдрал гэж үгүй! Хэрэв ийм зүйл тохиолдвол ийм амьдрал хэнд хэрэгтэй вэ? Гэрэл, дулаангүй, амт, үнэргүй. Хэн ч биш.

Тиймээс, хэрэв бид ярих юм бол Бурханы бөөм, дараа нь бид зөвхөн ярих хэрэгтэй фотон- Дээд хүчнээс бидэнд өгсөн энэхүү гайхалтай бэлгийн тухай. Гэхдээ тэр үед ч гэсэн зөвхөн зүйрлэлээр. Учир нь Бурханд бөөмс байж болохгүй. Бурхан бол нэг бөгөөд бүхэл бүтэн бөгөөд ямар ч бөөм болгон хувааж болохгүй.

Орчин үеийн тайлбартаа квант таамаглал нь энерги гэж заасан байдаг Эатом эсвэл молекулын чичиргээ тэнцүү байж болно hν, 2 hν, 3 hν гэх мэт боловч дараалсан хоёр бүхэл тоонуудын хоорондох интервалд энерги бүхий хэлбэлзэл байхгүй. Энэ нь эрчим хүч нь олон зууны турш итгэж байсан шиг тасралтгүй биш гэсэн үг юм квантчилсан , өөрөөр хэлбэл зөвхөн хатуу тодорхойлогдсон салангид хэсгүүдэд байдаг. Хамгийн жижиг хэсгийг нь нэрлэдэг энергийн квант . Квантын таамаглалыг атом-молекулын түвшинд ямар ч далайцтай чичиргээ үүсдэггүй гэсэн мэдэгдэл болгон томъёолж болно. Хүлээн зөвшөөрөгдсөн далайцын утга нь хэлбэлзлийн давтамжтай холбоотой байдаг ν .

1905 онд Эйнштейн квант таамаглалыг ерөнхийд нь тодорхойлсон зоримог санаа дэвшүүлж, гэрлийн шинэ онолын (фотоэлектрик эффектийн квант онол) үндэс суурь болгосон. Эйнштейний онолын дагуу , давтамжтай гэрэлν зөвхөн биш ялгарсан, Планкийн таамаглаж байсанчлан, гэхдээ бас тус тусад нь тарааж бодисоор шингэдэг (квант), хэний энерги. Тиймээс гэрлийн тархалтыг тасралтгүй долгионы процесс биш харин вакуум дахь гэрлийн тархалтын хурдаар хөдөлж буй орон зайд локалчлагдсан салангид гэрлийн квантуудын урсгал гэж үзэх нь зүйтэй. -тай). Цахилгаан соронзон цацрагийн квант гэж нэрлэдэг фотон .

Өмнө дурьдсанчлан, цацрагийн нөлөөн дор металлын гадаргуугаас электрон ялгарах нь гэрлийн цахилгаан соронзон долгион гэсэн санаатай тохирч байна. цахилгаан соронзон долгионы цахилгаан орон нь метал дахь электронууд дээр үйлчилж, тэдгээрийн заримыг нь устгадаг. Гэвч Эйнштейн долгионы онол болон гэрлийн фотон (квант корпускуляр) онолоор урьдчилан таамагласан фотоэлектрик эффектийн нарийн ширийн зүйлс ихээхэн ялгаатай байгааг анхаарч үзсэн.

Тиймээс бид долгион ба фотоны онол дээр үндэслэн ялгарсан электроны энергийг хэмжиж болно. Аль онолыг илүүд үзэх вэ гэсэн асуултад хариулахын тулд фотоэлектрик эффектийн зарим нарийн ширийн зүйлийг авч үзье.

Долгионы онолоос эхэлье, тэгье гэж бодъё хавтан нь монохромат гэрлээр гэрэлтдэг. Гэрлийн долгион нь дараахь параметрүүдээр тодорхойлогддог. эрчим ба давтамж(эсвэл долгионы урт). Долгионы онол нь эдгээр шинж чанарууд өөрчлөгдөхөд дараах үзэгдлүүд тохиолддог гэж таамаглаж байна.

· гэрлийн эрч хүч нэмэгдэхийн хэрээр гадагшлах электронуудын тоо, тэдгээрийн хамгийн их энерги нэмэгдэх ёстой, учир нь илүү их гэрлийн эрч хүч нь цахилгаан талбайн далайц ихсэх бөгөөд илүү хүчтэй цахилгаан орон нь илүү их энергитэй электронуудыг гадагшлуулдаг;

электроныг устгасан; кинетик энерги нь зөвхөн туссан гэрлийн эрчмээс хамаарна.

Фотон (корпускуляр) онол нь огт өөр зүйлийг урьдчилан таамаглаж байна. Юуны өмнө бид монохромат туяанд бүх фотонууд ижил энергитэй байдаг (тэнцүү hν). Гэрлийн цацрагийн эрчмийг нэмэгдүүлэх нь цацраг дахь фотонуудын тоог нэмэгдүүлэх гэсэн үг боловч давтамж өөрчлөгдөөгүй тохиолдолд тэдний энергид нөлөөлөхгүй. Эйнштейний онолоор бол нэг фотон металлтай мөргөлдөхөд түүний гадаргуугаас электрон унадаг. Энэ тохиолдолд фотоны бүх энерги электрон руу шилжиж, фотон оршин тогтнохоо болино. Учир нь электроныг металлын гадаргуугаас гаргахад хамгийн бага энерги шаардагддаг А(үүнийг ажлын функц гэж нэрлэдэг бөгөөд ихэнх металлын хувьд хэд хэдэн электрон вольтоор хэмжигддэг). Хэрэв туссан гэрлийн давтамж ν бага бол фотоны энерги ба энерги нь металлын гадаргуугаас электроныг таслахад хангалтгүй юм. Хэрэв , тэгвэл электронууд металлын гадаргуугаас нисч, ба ийм үйл явцад эрчим хүчхадгалагдаж байна, өөрөөр хэлбэл. фотоны энерги ( hν) нь ялгарсан электроны кинетик энерги дээр нэмэх нь электроныг металлаас гаргах ажилтай тэнцүү байна.

(2.3.1) тэгшитгэлийг дуудна Гадаад фотоэлектрик эффектийн Эйнштейний тэгшитгэл.

Эдгээр бодол дээр үндэслэн гэрлийн фотоник (корпускуляр) онол дараахь зүйлийг урьдчилан таамаглаж байна.

1. Гэрлийн эрчмийг нэмэгдүүлнэ гэдэг нь металлын гадаргуугаас илүү олон электроныг таслан зогсоох фотонуудын тоо нэмэгдэхийг хэлнэ. Гэхдээ фотоны энерги ижил тул электроны хамгийн их кинетик энерги өөрчлөгдөхгүй ( батлагдсан I фотоэлектрик эффектийн хууль).

2. Туссан гэрлийн давтамж ихсэх тусам электронуудын хамгийн их кинетик энерги Эйнштейний томьёо (2.3.1)-ийн дагуу шугаман байдлаар нэмэгддэг. ( Баталгаажуулалт II фотоэлектрик эффектийн хууль). Энэ хамаарлын графикийг Зураг дээр үзүүлэв. 2.3.

,

Цагаан будаа. 2.3

3. Хэрэв ν давтамж нь критик давтамжаас бага бол электронууд гадаргуугаас таслагдахгүй (III). хууль).

Тиймээс корпускуляр (фотон) онолын таамаглал нь долгионы онолын таамаглалаас эрс ялгаатай боловч фотоэлектрик эффектийн туршилтаар тогтоосон гурван хуультай маш сайн давхцаж байгааг бид харж байна.

Эйнштейний тэгшитгэлийг Милликаны 1913-1914 онд хийсэн туршилтаар баталсан. Столетовын туршилтаас гол ялгаа нь металл гадаргууг вакуум орчинд цэвэрлэсэн явдал юм. Хамгийн их кинетик энергийн давтамжаас хамаарлыг судалж, Планкийн тогтмолыг тодорхойлсон h.

1926 онд Оросын физикчид П.И. Лукирский ба С.С. Прилежаев фотоэлектрик эффектийг судлахын тулд вакуум бөмбөрцөг конденсаторын аргыг ашигласан. Анод нь шилэн бөмбөрцөг цилиндрийн мөнгөн бүрсэн хана, катод нь бөмбөг байв ( Р≈ 1.5 см) судалж буй металлаас бөмбөрцгийн төвд байрлуулсан. Электродуудын энэ хэлбэр нь гүйдлийн хүчдэлийн налууг нэмэгдүүлэх, улмаар хоцрогдлын хүчдэлийг илүү нарийвчлалтай тодорхойлох боломжийг олгосон (мөн үүний үр дүнд h). Планкийн тогтмолын утга hЭдгээр туршилтаас олж авсан , бусад аргуудын (хар биеийн цацраг болон тасралтгүй рентген спектрийн богино долгионы ирмэгээс) олсон утгатай нийцэж байна. Энэ бүхэн нь Эйнштейний тэгшитгэлийн зөв байдлын нотолгоо бөгөөд үүний зэрэгцээ түүний фотоэлектрик эффектийн квант онол юм.

Дулааны цацрагийг тайлбарлахын тулд Планк гэрлийг квантаар ялгаруулдаг гэж санал болгов. Эйнштейн фотоэлектрик эффектийг тайлбарлахдаа гэрлийг квантаар шингээдэг гэж үзсэн. Эйнштейн мөн гэрэл квантаар тархдаг, өөрөөр хэлбэл. хэсгүүдэд. Гэрлийн энергийн квант гэж нэрлэдэг фотон . Тэдгээр. Бид дахин корпускул (бөөмс) гэсэн ойлголтонд хүрэв.

Эйнштейний таамаглалын хамгийн шууд баталгаа нь давхцлын аргыг ашигласан Ботегийн туршилтаар хангагдсан (Зураг 2.4).

Цагаан будаа. 2.4

Нимгэн металл тугалган цаас Фхоёр хий ялгаруулах тоолуурын хооронд байрлуулсан SCH. Тугалган цаасыг сул рентген туяагаар гэрэлтүүлж, түүний нөлөөн дор өөрөө рентген туяаны эх үүсвэр болсон (энэ үзэгдлийг рентген флюресцент гэж нэрлэдэг). Анхдагч цацраг бага эрчимтэй байсан тул тугалган цааснаас ялгарах квантуудын тоо бага байв. Лангуу дээр квант мөргөх үед механизм хөдөлж, хөдөлж буй цаасан туузан дээр тэмдэг тавьсан. Хэрэв долгионы үзэл баримтлалын дагуу ялгарсан энергийг бүх чиглэлд жигд хуваарилсан бол тоолуур хоёулаа нэгэн зэрэг ажиллах ёстой бөгөөд соронзон хальс дээрх тэмдэг нь бие биенийхээ эсрэг байх болно. Бодит байдал дээр тэмдэглэгээг бүрэн санамсаргүй байдлаар зохион байгуулсан. Үүнийг зөвхөн ялгарах үйл явцад гэрлийн тоосонцор гарч ирж, нэг чиглэлд нисч байгаагаар л тайлбарлаж болно. Гэрлийн тусгай бөөмс болох фотонууд байдаг нь туршилтаар батлагдсан юм.

Фотонд энерги байдаг . Үзэгдэх гэрлийн хувьд долгионы урт λ = 0.5 μм ба энерги Э= 2.2 эВ, рентген туяанд λ = мкм ба Э= 0.5 эВ.

Фотон нь инерцийн масстай , үүнийг хамаарлаас олж болно:

Фотон гэрлийн хурдаар хөдөлдөг в= 3·10 8 м/с. Энэ хурдны утгыг харьцангуй массын илэрхийлэлд орлъё:

.

Фотон бол тайван массгүй бөөмс юм. Энэ нь гэрлийн хурдаар хөдөлж байж л оршин тогтнох боломжтой c .

Энерги ба фотоны импульсийн хоорондын холбоог олъё.

Бид импульсийн харьцангуй илэрхийлэлийг мэддэг.

Мөн эрчим хүчний хувьд:

Аливаа материйн шинж чанаруудын нэг нь масс байдаг гэдгийг хүмүүс эртнээс дассан. Энэ нь зөвхөн гариг, од гэх мэт том биетүүдэд төдийгүй үл үзэгдэх бичил ертөнцийн аналогууд болох протон ба электронуудад байдаг. Ноён нэгэн цагт бие махбодид байдаг масс хоорондын хамаарлыг гайхалтай нотолсон. Түүний онолын хүрээнд селестиел механикийн тооцоо амжилттай хийгдсээр байна. Ньютоны онолыг бий болгосноос хойш хэсэг хугацааны дараа зарим үзэгдлүүд тайлагдашгүй хэвээр үлдсэн тул түүнд мэдэгдэхүйц өөрчлөлт оруулах шаардлага гарч ирэв. А.Эйнштейн өөрийн “тусгай онол”-оо томъёолсноор энэ асуудлыг шийдсэн. Үүний зэрэгцээ алдарт E=m*(c*c) томъёо гарч ирсэн бөгөөд энэ нь энерги, массын хоорондын хамаарлыг харуулсан бөгөөд томьёог бөөмсүүдэд хэрэглэхэд фотоны масс тэг болох нь хурдан тодорхой болсон. Эхлээд харахад энэ нь нийтлэг ойлголттой зөрчилдөж байгаа боловч яг ийм байна. Хөдөлгөөнийх нь тэг хурдтай фотоны масс нь тэг байна. Гэвч бөөмс 300 мянган км/с хурдлах үед ердийн массаа олж авдаг. Гэсэн хэдий ч сүүлийн үед фотоны масс тэг хэвээр байна гэж үздэг. H*v = m*(c*c) томъёоноос гарах утга нь фотоны масс яг хэдтэй тэнцүү вэ? Үнэхээр томьёо байдаг. Зөвхөн энэ нь илүү төвөгтэй бөгөөд тооцооллыг өгөгдсөн бөөмийн импульсийн утгаар гүйцэтгэдэг.

Фотоны энерги E нь H*v-тэй тэнцүү тул массыг дараах томъёогоор тодорхойлж болно.

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

Гэвч фотон нь үнэндээ хөнгөн учир үндсэндээ "с" (300 мянган км/с)-ээс бага хурдтай оршин тогтнох боломжгүй тул дээрх масс нь зөвхөн хөдөлгөөний төлөв байдалд л тохирох болно.

Импульсийг дамжуулан олж болно

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

Импульс байгаа нь эрч хүчийг илтгэнэ. Хэрэв та зуны өдөр нарны туяанд гараа оруулбал дулааныг мэдрэх болно. Энэ үзэгдлийг өндөр хурдтай хөдөлж буй тодорхой масстай бөөмөөр энерги дамжуулснаар тайлбарлаж болно. Энэ нь яг л гэрэлтэй холбоотой ажиглагддаг. Ийм учраас фотоны масс ба импульс маш чухал байдаг ч энэ тохиолдолд танил ойлголттой ажиллах нь үргэлж боломжгүй байдаг.

Олон тооны интернет форумууд гэрлийн мөн чанар, тооцоолол хэрхэн хийх талаар мэтгэлцээн зохион байгуулдаг. Мэдээжийн хэрэг, фотоны масс гэж юу вэ гэсэн асуултыг хаалттай гэж үзэх боломжгүй юм. Шинэ загварууд нь ажиглагдсан үйл явцыг огт өөр байдлаар тайлбарлах боломжийг олгодог. Шинжлэх ухаанд энэ нь үргэлж тохиолддог: жишээлбэл, Ньютоны онолыг эхэндээ бүрэн гүйцэд, логик гэж үздэг байсан ч удалгүй хэд хэдэн нэмэлт, өөрчлөлт оруулах шаардлагатай болсон нь тодорхой болсон. Гэсэн хэдий ч хүмүүс харанхуйд багаж хэрэгслийн тусламжтайгаар аль хэдийн олж мэдсэн шинж чанаруудыг ашиглахад юу ч саад болохгүй; супермаркетын хаалга зочдод автоматаар нээгддэг; оптик сүлжээнүүд нь урьд өмнө байгаагүй тоон өгөгдөл дамжуулах хурдад хүрэх боломжтой болсон; тусгай төхөөрөмжүүд нь нарны гэрлийн энергийг цахилгаан болгон хувиргах боломжтой болсон.

Яагаад амарч байгаа фотон массгүй (мөн огт байхгүй) байдаг вэ? Үүнд хэд хэдэн тайлбар бий. Нэгдүгээрт, энэ дүгнэлт нь томъёоллуудаас гардаг. Хоёрдугаарт, гэрэл нь хоёрдмол шинж чанартай байдаг (энэ нь долгион ба бөөмсийн урсгал юм) тул массын тухай ойлголт нь цацрагт огт хамаарахгүй нь ойлгомжтой. Гурав дахь нь логик юм: хурдан эргэдэг дугуйг төсөөлөөд үз дээ. Хэрэв та үүнийг харвал хигээсийн оронд манан, манан харагдаж болно. Гэхдээ эргэлтийн хурдыг бууруулж эхэлмэгц манан аажмаар алга болж, бүрэн зогссоны дараа зөвхөн хигээс л үлддэг. Энэ жишээнд манан нь "фотон" гэж нэрлэгддэг бөөмс юм. Үүнийг зөвхөн хөдөлгөөнд, мөн хатуу тодорхойлсон хурдаар ажиглаж болно. Хэрэв хурд 300 мянган км/с-ээс доош буувал фотон алга болно.