Të shpjegojë shpërndarjen e energjisë në spektrin e ekuilibrit rrezatimi termik, është e mjaftueshme, siç tregoi Planck, të supozojmë se drita emetohet vetëm në pjesë. Për të shpjeguar efektin fotoelektrik, mjafton të supozohet se drita absorbohet në të njëjtat pjesë. Megjithatë, Ajnshtajni shkoi shumë më tej. Ai parashtroi një hipotezë se drita përhapet në formën e grimcave diskrete, të quajtura fillimisht kuanta të lehta. Më pas, këto grimca u quajtën fotone.

Konfirmimi më i drejtpërdrejtë i hipotezës së Ajnshtajnit erdhi nga eksperimenti i Bothe. Një fletë metalike e hollë F (Fig. 10.1) u vendos midis dy sporteleve të shkarkimit të gazit Cch (shih § 82 të vëllimit të 2-të). Fjolla ishte e ndriçuar me një rreze të dobët rrezet x, nën ndikimin e së cilës ajo vetë u bë burim i rrezeve x (ky fenomen quhet fluoreshencë me rreze x). Për shkak të intensitetit të ulët të rrezes parësore, numri i kuanteve të emetuara nga petë ishte i vogël.

Kur rrezet x e goditën atë, numëruesi funksionoi dhe vuri në lëvizje një mekanizëm të veçantë M, i cili bënte një shenjë në shiritin lëvizës L. Nëse energjia e rrezatuar përhapet në mënyrë të njëtrajtshme në të gjitha drejtimet, siç tregohet nga paraqitjet e valëve, të dy numëruesit do të duhej të punonin njëkohësisht dhe shenjat në shirit do të binin njëra kundër tjetrës. Në fakt, kishte një renditje krejtësisht të rastësishme të notave. Kjo mund të shpjegohet vetëm me faktin se në akte të veçanta emetimi, lindin grimca të lehta, duke fluturuar së pari në një drejtim, pastaj në tjetrin.

Pra, ekzistenca e grimcave të veçanta të dritës - fotoneve u vërtetua eksperimentalisht. Energjia e një fotoni përcaktohet nga frekuenca e tij:

Një valë elektromagnetike ka vrull (shih § 108 të vëllimit të 2-të). Prandaj, fotoni gjithashtu duhet të ketë momentum. Për të përcaktuar momentin e një fotoni, ne përdorim marrëdhëniet e teorisë së relativitetit. Konsideroni dy korniza referimi që lëvizin në lidhje me njëri-tjetrin me një shpejtësi . Le t'i drejtojmë boshtet përgjatë Le të fluturojë një foton në drejtim të këtyre boshteve. Energjia e fotonit në sisteme është e barabartë me, respektivisht. Frekuencat dhe janë të lidhura nga relacioni

(shih § 151 të vëllimit të dytë). Rrjedhimisht,

Le ta caktojmë momentin e një fotoni në sistemin K me simbolin , në sistemin K - me simbolin . Nga konsideratat e simetrisë rezulton se momenti i një fotoni duhet të drejtohet përgjatë boshtit.Prandaj, kur lëvizim nga një kornizë referimi në një tjetër, energjia dhe momenti konvertohen sipas formulës.

(shih formulën (69.2) të vëllimit të parë; ne shkruajmë formulën për transformimin e anasjelltë, dhe për këtë arsye ndryshuam shenjën përpara . Në rastin që po shqyrtojmë, mund ta zëvendësojmë në (10.3) përmes .

Nga krahasimi i formulave (10.2) dhe (10.3) rezulton se

(ne kemi shkruar në vend). Nga këtu

Në § 71 të vëllimit të parë, u tregua se një marrëdhënie e tillë midis momentit dhe energjisë është e mundur vetëm për grimcat me masë pushimi zero që lëvizin me shpejtësi c. Kështu, nga raporti kuantik dhe parimet e përgjithshme të teorisë së relativitetit, rrjedh se

1) masa e mbetur e një fotoni është zero,

2) fotoni lëviz gjithmonë me shpejtësi c.

Kjo do të thotë se një foton është një grimcë e një lloji të veçantë, e ndryshme nga grimcat e tilla si një elektron, një proton, etj., të cilat mund të ekzistojnë, duke lëvizur me shpejtësi më të vogla se c, madje edhe në qetësi.

Duke zëvendësuar frekuencën në formulën (10.4) përmes gjatësisë valore, marrim shprehjen për momentin e fotonit

( - numri i valës). Një foton fluturon në drejtim të përhapjes së një valë elektromagnetike. Prandaj, drejtimet e momentit dhe vektorit të valës k përkojnë. Prandaj, formula (10.5) mund të shkruhet në formë vektoriale:

Lëreni një rrjedhë fotonesh që fluturojnë përgjatë normales në sipërfaqe të bjerë në një sipërfaqe që thith dritën. Nëse dendësia e fotoneve është , PS e fotoneve bie për njësi sipërfaqeje për njësi të kohës. Kur absorbohet, çdo foton i jep vrull murit. Duke shumëzuar me , marrim momentin e dhënë për njësi të kohës në sipërfaqen e njësisë, d.m.th., presionin e dritës në mur:

Produkti është i barabartë me energjinë e fotoneve të mbyllura në një njësi vëllimi, d.m.th., dendësia e energjisë elektromagnetike w. Kështu, kemi ardhur në formulën - w, e cila përkon me shprehjen për presionin e marrë nga teoria elektromagnetike (shih formulën (108.9) të vëllimit të 2-të). Duke reflektuar nga muri, fotoni i jep vrull atij. Prandaj, për një sipërfaqe reflektuese, presioni do të jetë i barabartë me .

Bazuar në konceptin e fushës elektromagnetike si një koleksion fotonesh, është e lehtë të përftohet një marrëdhënie midis emetimit të një trupi të zi dhe densitetit të rrezatimit ekuilibër.

Le të supozojmë se në një njësi vëllimi të një zgavër të mbushur me rrezatim ekuilibri, ka fotone frekuenca e të cilëve shtrihet në intervalin nga

(krahaso me formulën (3.4)).

Në këtë kapitull, ne kemi shqyrtuar një sërë fenomenesh në të cilat drita sillet si një rrjedhë grimcash (fotone). Sidoqoftë, nuk duhet harruar se fenomene të tilla si ndërhyrja dhe difraksioni i dritës mund të shpjegohen vetëm në bazë të koncepteve të valës. Kështu, drita zbulon dualizmin me valë korpuskulare (dualizëm): në disa dukuri manifestohet natyra e saj valore dhe sillet si një valë elektromagnetike, në fenomene të tjera manifestohet natyra korpuskulare e dritës dhe sillet si një rrymë fotonesh. . Në § 18 do të shohim se dualiteti valë-grimcë është i natyrshëm jo vetëm në grimcat e dritës, por edhe në grimcat e materies (elektrone, protone, atome, etj.).

Le të zbulojmë se në çfarë lidhje janë modeli i valës dhe korpuskulës. Përgjigja për këtë pyetje mund të merret duke marrë parasysh ndriçimin e një sipërfaqeje nga të dy këndvështrimet. Sipas koncepteve të valës, ndriçimi në një pikë të sipërfaqes është proporcional me katrorin e amplitudës së valës së dritës. Nga pikëpamja korpuskulare, ndriçimi është proporcional me densitetin e fluksit të fotonit. Rrjedhimisht, ekziston një proporcion i drejtpërdrejtë midis katrorit të amplitudës së valës së dritës dhe densitetit të fluksit të fotonit. Fotoni është bartës i energjisë dhe momentit. Energjia lirohet në pikën e sipërfaqes ku godet fotoni. Katrori i amplitudës së valës përcakton probabilitetin që një foton të godasë pikë e dhënë sipërfaqeve.

Sipërfaqja bie afërsisht 2-1013 fotone në sekondë. Luhatja relative është në përpjesëtim të zhdrejtë me rrenja katrore nga numri i grimcave (shih formulën (102.6) të vëllimit të parë). Prandaj, në vlerën e specifikuar të fluksit të fotonit, luhatjet rezultojnë të papërfillshme dhe sipërfaqja duket të jetë e ndriçuar në mënyrë uniforme.

Luhatjet e flukseve të dobëta të dritës u zbuluan nga S. I. Vavilov dhe bashkëpunëtorët e tij. Ata zbuluan se në rajonin e ndjeshmërisë më të madhe, syri fillon të reagojë ndaj dritës kur rreth 200 fotone në sekondë godasin bebëzën. Në këtë intensitet, Vavilov vuri re luhatje në fluksin e dritës, i cili kishte një karakter të dukshëm statistikor. Vërtetë, duhet të kihet parasysh se luhatjet në perceptimin e dritës të vërejtura në eksperimentet e Vavilov ishin jo vetëm për shkak të luhatjeve në fluksin e dritës, por edhe të luhatjeve të lidhura me proceset fiziologjike që ndodhin në sy,

Metodologjia e fizikës moderne, e cila u ngrit në "hapjet" e teorisë së relativitetit, çoi në një rikthim të paparë të mendjeve dhe në shfaqjen e shumë teorive shkencore të bazuara në të, më shumë si fantazitë e skolastikëve mesjetarë.

Për shembull, profesor Veinik, i njohur për vuajtjet për kritikat e teorisë së relativitetit (ai thjesht e tallte atë), shkruan në "Termodinamika" - një libër shkollor për studentët: "... një pengesë e rëndësishme e mekanikës kuantike është mungesa e ideve udhëzuese. që do të bënte të mundur gjykimin e strukturës së grimcës. Si rezultat një grimcë elementare e tillë banale si një foton, ra në kategorinë e të jashtëzakonshmeve (me sa duket, kjo u lehtësua nga fakti që drita konsiderohej valë për një kohë të gjatë, si dhe formula E = mc 2 Ajnshtajni). Në fakt, një foton nuk ndryshon në parim nga një elektron dhe grimcat e tjera elementare (kjo mund të gjykohet nga fotografitë...). Mjaftonte të kuptonim strukturën e një elektroni ose një fotoni për të marrë një pamje të plotë të të gjithë mikrokozmosit dhe ligjeve që i rregullojnë ato. Sipas teorisë së përgjithshme (Veinik - N.N.), një grimcë elementare është një ansambël mikrongarkash. Këto të fundit përfshijnë: masën (substancat), hapësirën (metronet), kohën (krononet), elektronin, termonin, konstantën e Plankut etj. Numri i grimcave të ndryshme elementare është pafundësisht i madh.”

Kështu, ne shohim se si hapësirë-koha, valë-grimca, parimi i pasigurisë, ekuivalenti i masës-energjisë dhe "entiteteve" të tjera vazhdojnë të gjenerojnë monstra të reja në formën e termoneve, metroneve, krononeve dhe substancave. Përsa i përket fotografisë, nëse Veinikut do t'i ishte shfaqur një foto e një autostrade gjatë natës, ai do të kishte përcaktuar në të njëjtën mënyrë "banalitetin" e një makine që lë një gjurmë të fenerëve në një fotografi. "Gjumi i arsyes lind monstra" (Goya).

"Shkaku i të gjitha fenomeneve natyrore kuptohet me ndihmën e konsideratave të një natyre mekanike, përndryshe njeriu duhet të heqë dorë nga çdo shpresë për të kuptuar ndonjëherë ndonjë gjë në fizikë." (Huygens "Traktat mbi dritën"). E njëjta ide në opsione të ndryshme shprehur nga studiuesit dhe mendimtarët më të njohur të kohërave të ndryshme: Aristoteli, Galileo, Njutoni, Huku, Dekarti, d'Alemberti, Fresnel, Faradei, Helmholci e shumë të tjerë. Kështu, Maxwell në "Traktat mbi energjinë elektrike dhe magnetizmin" shkroi: "Për momentin, ne nuk mund ta kuptojmë përhapjen (ndërveprimet - N.N.) në kohë ndryshe nga diçka si fluturimi i një lënde materiale nëpër hapësirë, ose si gjendje. e lëvizjes ose tensionit në një medium që ekziston tashmë në hapësirë ​​... Në të vërtetë, pavarësisht se si energjia transferohet nga një trup në tjetrin në kohë, duhet të ketë një medium ose substancë në të cilën energjia ndodhet pasi të jetë larguar nga një trup. , por nuk ka arritur ende në një tjetër... Rrjedhimisht, të gjitha këto teori (vala, ndërveprimi dhe elektromagnetizmi - N.N.) çojnë në konceptin e një mediumi në të cilin ndodh përhapja dhe nëse e pranojmë këtë medium si hipotezë, mendoj se duhet të zërë një vend të spikatur në kërkimin tonë dhe duhet të përpiqemi të ndërtojmë një paraqitje mendore të veprimit të tij në të gjitha detajet; ky ka qenë synimi im i vazhdueshëm në këtë traktat”..

Por le të përpiqemi tani të imagjinojmë, sipas Veinik, shfaqjen e një fotoni: një elektron "i ngacmuar" po fluturonte, duke fluturuar përgjatë një orbite dhe papritmas një "thelb banal" i caktuar shkëputet prej tij, i cili, duke mos pasur asnjë arsye dhe Arsyet për këtë, pavarësisht nga shpejtësia dhe frekuenca ciklike e elektronit, fiton frekuencën e tij të lëkundjes (pas llogaritjes së sasisë së energjisë që duhet të marrë?), Dhe masa - çfarë ndodh! Efekti këtu nuk gjenerohet nga shkaqe, dhe konsideratat fizike nuk mbështeten nga logjika dhe ligjet e mekanikës. Çfarë janë përfaqësimet mendore» Maxwell?!

Pra, Maxwell pretendon se energjia mund të transferohet në një distancë vetëm në dy mënyra: ose së bashku me materien (masën), ose me valë përmes një mediumi të ndërmjetëm. Ekzistenca e një lloji të supozuar të veçantë të çështjes - fushë elektromagnetike- rezultati i depërtimit në fizikë të të menduarit joshkencor. Kjo nuk është as kalorike, e cila përshkroi me mjaft sukses energjinë vibruese të atomeve dhe molekulave të materies dhe, në të njëjtën kohë, rrezatimin termik (elektromagnetik). Kjo është vetëm një përpjekje për të maskuar injorancën dhe pafuqinë e dikujt përballë misterit të natyrës.

Mendjet e mëdha të njerëzimit po luftojnë me këtë gjëegjëzë, duke filluar nga mendimtarët grekë të lashtë, arabë, indianë të lashtë dhe kinezë, nga Njutoni, Hook, Huygens, duke përfunduar me studiuesit modernë, të cilët, megjithëse kanë arritur arritje të mëdha në përdorimin e dritës. (lazerët, etj.), megjithatë, njohuritë e tyre për thelbin e dritës janë ende shumë larg nga e vërteta.

Pikëpamjet e Njutonit mbi natyrën e dritës ishin shumë kontradiktore dhe jokonsistente. Megjithëse ai ishte themeluesi i të menduarit vërtet shkencor, frika për të paraqitur hipoteza shkencore pa një furnizim të mjaftueshëm të fakteve eksperimentale dhe vëzhguese e çoi atë në ekstremin tjetër: në kufizimin e të menduarit dhe në mungesën e konsistencës në përfundime. Kështu, pikëpamjet e tij mbi bashkëveprimin e trupave në distancë e çuan atë në idenë e ekzistencës së një mediumi të ndërmjetëm; por kur shqyrton natyrën e dritës, ai e refuzon këtë medium vetëm sepse "nuk ka një furnizim të mjaftueshëm të eksperimenteve me të cilat ligjet e veprimit të këtij eteri do të përcaktoheshin dhe tregoheshin me saktësi".

Sigurisht, në kohën e tij çështja e vetive dhe përbërjes së eterit ishte e parakohshme, pasi edhe shkenca të tilla si optika, elektromagnetizmi, atomik dhe fizika molekulare dhe shume te tjere. Dhe madje edhe në kohën tonë, shkenca të tilla si bërthama e atomit dhe grimcat elementare ende "lundrues në mjegull". Çfarë të themi për eterin - hapi tjetër në strukturën e materies?

Sidoqoftë, vëzhgimet, faktet, eksperimentet dhe njohuritë për vetitë e eterit u bënë gjithnjë e më shumë, dhe të gjitha teoritë e mëdha dhe të rëndësishme u ngritën vetëm falë "ndërtimit mendor të veprimit të tij". Ajnshtajni dhe Infeldi e quajtën atë "pyje" për ndërtimin e teorive, të cilat mund të hiqen në favor të ekzistencës së parimit të përgjithshëm të relativitetit. Por tani është e vështirë të imagjinohet se shkenca të tilla si optika dhe teoria elektromagnetike, nëse para tyre doli parimi i përgjithshëm i relativitetit.

“Teoria e valës e mposhti teorinë e skadimit të Njutonit me saktësinë e paqortueshme cilësore dhe sasiore të parashikimeve të saj” (S. Vavilov) dhe jo vetëm kaq. Së pari, pavarësia e shpejtësisë së dritës nga shpejtësia e burimit nuk mund të shpjegohet me teorinë e rrjedhjes. Njutoni sapo besonte se shpejtësia e fotoneve i shtohet shpejtësisë së burimit. Së dyti, teoria e skadimit parashikoi një rritje të shpejtësisë së dritës në një mjedis më të dendur, ndërsa teoria e valës së Huygens parashikoi një ulje të kësaj shpejtësie. Eksperimentet e drejtpërdrejta mbi matjen e shpejtësisë në një mjedis të dendur, të kryera nga Fizeau dhe Foucault, konfirmuan natyrën valore të dritës.

Teoria e valës së dritës u konfirmua nga veprat teorike dhe eksperimentale të Faraday, Maxwell, Hertz, Lebedev dhe studiues të tjerë. Maxwell, për shembull, në "Traktatin ..." shkroi: "... mjedisi ndriçues, kur drita kalon nëpër të, shërben si një enë energjie. AT teoria e valës, e zhvilluar nga Huygens, Fresnel, Young, Green dhe të tjerë, kjo energji konsiderohet pjesërisht potenciale dhe pjesërisht kinetike. Energji potenciale konsiderohet se është për shkak të deformimit të vëllimeve elementare të mediumit, që do të thotë se mjedisin duhet ta konsiderojmë si elastik. Energjia kinetike konsiderohet e kushtëzuar lëvizje lëkundëse mesatare, kështu që duhet të supozojmë se mediumi ka një densitet të fundëm. Teoria e elektricitetit dhe magnetizmit e adoptuar në këtë traktat njeh ekzistencën e dy llojeve të energjisë - elektrostatike dhe elektrokinetike, dhe supozohet se ato janë të lokalizuara jo vetëm ... në trupa, por edhe në çdo pjesë të hapësirës përreth. Prandaj, teoria jonë është në përputhje me teorinë e valës në atë që të dyja supozojnë ekzistencën e një mediumi të aftë për t'u bërë një enë për dy lloje të energjisë. Në të njëjtën kohë, Maxwell dhe Faraday, si njerëz me pikëpamje të gjera shkencore, theksuan se eteri nevojitet jo vetëm për teorinë valore të dritës (elektrodinamizmin), por edhe për transmetimin e ndërveprimeve. Ky argument shumë i rëndësishëm ende injorohet nga studiuesit modernë si rezultat i nevojës për të parë "fustanin e ri të mbretit" - lakimin e hapësirë-kohës.

Ja se si tregimtari Andersen shkroi për këtë: "Ata pretenduan se ishin endës të aftë dhe thanë se mund të endnin një pëlhurë kaq të mrekullueshme, e cila ka një veti të mahnitshme - bëhet e padukshme për çdo person që ulet në vendin e gabuar ose është budalla i pakalueshëm. ... “Unë nuk jam budalla, mendoi dinjitari. A do të thotë kjo se jam në vendin e gabuar? Këtu është një për ju! Megjithatë, as nuk mund ta shfaqësh!”

S. Vavilov shkroi: “Teoria e valës triumfoi, dukej, fitorja përfundimtare... Por triumfi doli të ishte shumë i parakohshëm... Teoria e valës doli e pafuqishme përpara ligjeve kuantike të veprimit të dritës. "

Tani i shtrojmë vetes pyetjen: a është e mundur që ky fakt i vetëm kundër shumë të tjerëve të ndryshojë kaq dramatikisht mendimin e shkencëtarëve?! Po, ka diskrete të rrezatimit; po, fotoni fluturon si një grimcë monolit. Por a nuk ka një sjellje të ngjashme të tingullit në ajër? Ose anasjelltas: a nuk është sjellja e valëve elektromagnetike e ngjashme me zërin?

Hertz dhe ndjekësit e tij e panë në mënyrë të përsosur pronën rrezatimi elektromagnetik transmetojnë në mjedis valë sferike të pa lokalizuara në hapësirë. (Meqë ra fjala, ato nuk janë të kuantizuara, siç pretendojnë ndriçuesit modernë, pasi ato nuk janë rezultat i elektroneve që kërcejnë nga një orbitë në tjetrën, por lëvizja e përshpejtuar e elektroneve të lira në një përcjellës). Për shkak të kësaj veçorie të valëve të gjata elektromagnetike, ne shikojmë TV dhe dëgjojmë marrësin e radios nga çdo pikë e sferës rreth emetuesit. Megjithatë, sapo frekuenca e valëve elektromagnetike kalon një kufi të caktuar në drejtim të rritjes, shfaqet drejtimi i rrezatimit.

E njëjta gjë ndodh me zërin. Vërtetë, veti të tilla të tingullit u zbuluan kohët e fundit, në lidhje me prodhimin e ultrazërit. Doli se valët ultrasonike kanë një drejtim të mprehtë dhe mund të konsiderohen si grimca të lokalizuara në hapësirë. Kaq shumë për "pafuqinë e teorisë së valës"! Rezulton se sa herë që vetë studiuesit janë të pafuqishëm për të shpjeguar diçka, ata ia hedhin fajin mekanikës klasike.

Siç tregoi Feynman, ligjet e lëkundjeve varen nga frekuenca, pasi natyra e proceseve që ndodhin në medium varet nga ajo. Sidoqoftë, ai vetë ishte i kënaqur vetëm me nxjerrjen e ekuacionit të lëkundjeve, kur presioni dhe temperatura në një valë elastike ndryshojnë në mënyrë adiabatike. Asnjë nga studiuesit, përfshirë Feynman, nuk konsideroi frekuenca të larta lëkundjeje në lidhje me rrugën mesatare të lirë të grimcave, kur proceset që ndodhin në këtë rast çojnë në thithjen e nxehtësisë. Në këtë rast, është mjaft e qartë se lëkundja nuk mund të përhapet nga një valë sferike për shkak të shpërndarjes së drejtimeve të lëvizjes së grimcave individuale. Mund të drejtohet vetëm ashpër, pasi frekuenca e lëkundjeve është më e vogël se "frekuenca" e rrugës së lirë të grimcave.

Nga analogjia me vetitë e ultrazërit, del përfundimi se lokaliteti nuk bie fare në kundërshtim me teorinë e valës. Për më tepër, a nuk do të rezultojë se ajri sillet si një metal, dhe ultratingulli ka valë tërthore?

Përveç lokalitetit, fotonet, ndryshe nga valët e radios, kanë një tjetër veti të rëndësishme që lidhet me origjinën e tyre: energjinë e dozuar rreptësisht. Kjo veti e fotoneve që lidhet me strukturën e atomeve nuk duhet të shtrihet në të gjithë spektrin e valëve elektromagnetike. Dhe këtu, aq më tepër, konstanta e Planck-ut si një karakteristikë e energjisë fotonike nuk duhet të konsiderohet në një kuptim më të gjerë, siç është bërë në çdo hap në fizikë kohët e fundit. Konstanta e Planck-ut nuk ka të bëjë fare me diskretin e kohës, hapësirës dhe masës.

Në lidhje me dozimin e rreptë të energjisë fotonike, ka lindur një shkencë e re - mekanika kuantike, në të cilën disa çështje të pazgjidhura kanë mbetur që nga fillimi e deri më sot. Së pari: pse elektronet e një atomi, duke lëvizur përgjatë një orbite rrethore ose eliptike, nuk lëshojnë fotone, megjithëse ato përjetojnë nxitim centripetal? Së dyti: cili është mekanizmi i emetimit dhe përthithjes së fotoneve?

Pyetja e parë lidhet me një keqkuptim që përsëritet në të gjitha tekstet dhe punimet shkencore në Mekanika kuantike. Kështu, për shembull, në "Kapitujt e Zgjedhur të Fizikës Teorike" të Semenchenko lexojmë: "Elektronet nuk mund të lëvizin rreth bërthamës për një kohë të gjatë, pasi, sipas ligjeve të elektrodinamikës klasike, çdo elektron që lëviz me shpejtësi rrezaton energji elektromagnetike. Në këtë mënyrë energjia kinetike elektroni zvogëlohet dhe në fund duhet të bjerë në bërthamë. Dhe Kaigorodsky madje llogariti në "Fizika për të gjithë" kohën e rënies së një elektroni në bërthamë - të qindtat e sekondës!

I kërkoj lexuesit të shikojë ekuacionin Weber të elektrodinamikës klasike, i cili përbëhet nga tre terma. Termi i parë është ligji i Kulombit, i dyti është ndryshimi në forcën e ndërveprimit si rezultat i vonesës së mundshme, i treti është ajo që lidhet me temën tonë të rrezatimit. Këtu shohim se formula Weber përfshin skalar i distancës ndërmjet grimcave ndërvepruese. Kjo do të thotë se në një distancë konstante midis bërthamës dhe elektronit, të dy derivatet e parë dhe të dytë janë të barabartë me zero. Prandaj, në këtë rast, nuk duhet të ketë vonesa të mundshme dhe rrezatimi. Kjo do të thotë se jo çdo elektron që lëviz me shpejtësi rrezaton energji. Një elektron që lëviz në një orbitë rrethore nuk duhet të rrezatojë! Është e mahnitshme se sa kohë një gabim kaq i rëndësishëm ka kaluar pa u vënë re!

Zgjidhja për pyetjen e dytë u sugjerua nga Huygens. Ai sugjeroi: "Drita lind për shkak të goditjeve që grimcat lëvizëse të trupave shkaktojnë mbi grimcat e eterit". Përpara ardhjes së lidhjes de Broglie për gjatësitë e valëve, kjo frazë e Huygens dukej se "varej në ajër". Marrëdhënia de Broglie ishte menduar të bëhej baza për studimin e shkaqeve të shfaqjes së vetë lidhjes, dhe si pasojë e valëve të de Broglie, shfaqjen e fotoneve. Sidoqoftë, përfundimi për papërcaktueshmërinë e mekanikës kuantike, i bërë nga Born, Heisenberg dhe Bohr, si dhe refuzimi i eterit, i bërë nga Ajnshtajni, i largoi fizikantët nga ky problem.

Me sa duket, duhet të supozohet se valët de Broglie janë një proces real i lëvizjes "shtytjeje" të grimcave, shkaku i të cilit është vonesa jo uniforme e potencialit, dhe fotoni është një segment i eterit lokal (të drejtuar ashpër). valë, që kanë në fillim dhe në fund një frekuencë lëkundjeje paksa të ndryshme (gjerësia vijë spektrale), i cili shoqërohet me ngadalësimin e shpejtësisë së elektronit kur ai kërcen nga një orbitë e qëndrueshme në tjetrën.

Lëvizja vrapuese e grimcave si pasojë e vonesës jo uniforme të potencialit mund të jetë një zgjidhje për një çështje tjetër të mekanikës kuantike - ekzistencën e orbitave diskrete të qëndrueshme të një elektroni. Orbitat e qëndrueshme janë me sa duket rezultat i rezonancës së lëkundjeve ciklike dhe goditjes.

Kështu, përkundër fjalëve të shumta të relativistëve ortodoksë se nuk ka dhe nuk mund të ketë një kthim në fizikën klasike, te eteri, te pikëpamjet mekanike, te shkakësia dhe te paraqitjet valëzuese të dritës, ne duhet ta bëjmë këtë, përndryshe “do të na duhet të hiq dorë nga çdo shpresë për të kuptuar ndonjëherë ndonjë gjë në fizikë"

Literatura:

1. A.I. Veinik. Termodinamika. Shkolla e diplomuar, Minsk, 1968, f. 434.
2. H. Huygens. Traktat mbi Dritën. Leiden, 1703. Përkth. nga lat. në Sht. ed. G.M. Golin dhe S.R. Filonovich "Klasikët e shkencave fizike", Shkolla e Lartë, 1989, f. 131-140.
3. J. K. Maxwell. Traktat mbi elektricitetin dhe magnetizmin, vëll 1, 2, Oxford, 1873. Per. nga anglishtja. Shkenca, M., 1989.
4. I. Njutoni. Optika, ose një traktat mbi reflektimet, përthyerjet, përkuljet dhe ngjyrat e dritës. Londër, 1706. Trans. nga lat. ed. G.S. Landsberg, Gostekhizdat, Moskë, 1981.
5. S.I. Vavilov. Syri dhe dielli. Shkenca, M., 1976.
6. G. Hertz. Në lëkundjet elektrike shumë të shpejta. Ann. der Ph., b. 31, s. 421...448. Per. me të. më shtunë. ed. G.M. Golin dhe S.R. Filonovich "Klasikët e Shkencave Fizike", Shkolla e Lartë, 1989.
7. G. Hertz. Rreth valëve elektrodinamike në ajër dhe reflektimit të tyre. Ann. der Ph., b. 34, s. 609...623. Per. me të. më shtunë. ed. G.M. Golin dhe S.R. Filonovich "Klasikët e Shkencave Fizike", Shkolla e Lartë, 1989.
8. R. Feynman, R. Layton, M. Sands. Ligjërata Feynman në fizikë. Per. nga anglishtja, vëll 3, 4, Mir, M., 1976, fq 391...398.
9. QV. Semenchenko. Kapituj të zgjedhur të fizikës teorike. Iluminizmi, M., 1966, f. 131.
10. A.I. Kitaygorodsky. Fizikë për të gjithë, vëll 3 (Elektrone), Nauka, M., 1979.

"Shkenca e Kazakistanit" nr. 5 (65), 1 mars ... 15, 1996

Çdo minutë Toka merr një sasi të energjisë diellore të mjaftueshme për të siguruar njerëzimin për disa vitet e ardhshme.

Drita që ne shohim çdo ditë është vetëm një pjesë e të gjithë rrezatimit që vjen nga Dielli dhe godet Tokën. Drita e diellit është një formë e rrezatimit elektromagnetik dhe drita që shohin sytë tanë është vetëm një pjesë e vogël e të gjithë spektrit elektromagnetik të paraqitur në imazhin në të djathtë. Spektri elektromagnetik është një reflektim i asaj që drita ka të qenësishme vetitë e valës: Drita mund të përshkruhet si një grup valësh me karakteristika të ndryshme si gjatësia e valës.

Për herë të parë, konceptet valore të dritës u shfaqën në fillim të shekullit të 19-të. Eksperimentet e Young, Arago dhe Fresnel treguan ekzistencën e efekteve të ndërhyrjes në rrezet e dritës, duke treguar se drita përbëhet nga valë. Nga fundi i viteve 60 dritë e dukshme përfaqësohet si pjesë e të gjithë spektrit elektromagnetik. Sidoqoftë, në fund të shekullit të 19-të, u shfaqën disa vështirësi në teorinë e valës: ekuacionet e valës nuk mund të shpjegonin rezultatet e eksperimenteve për matjen e spektrit të rrezatimit të trupave të nxehtë. Kjo kontradiktë u zgjidh nga Max Planck në 1900. dhe Albert Einstein në 1905. Planck propozoi që e gjithë energjia e dritës përbëhet nga energjitë e elementeve të padallueshëm - kuantet e energjisë. Në procesin e studimit të efektit fotoelektrik (lëshimi i elektroneve nga disa metale dhe gjysmëpërçues nën ndikimin e dritës), Ajnshtajni ishte në gjendje të përcaktonte saktë madhësinë e kuanteve të energjisë. Për këtë zbulim, Planck dhe Ajnshtajni morën Çmimet Nobel në 1918 dhe 1921 respektivisht. Rezultati kryesor i punës së tyre ishte të kuptuarit se drita mund të përshkruhet si një grup "paketash" ose grimcash energjie - fotone.

Sot, aparati i mekanikës kuantike përdoret për të shpjeguar natyrën valore dhe korpuskulare të dritës. Në mekanikën kuantike, një foton, së bashku me të gjitha grimcat e tjera mekanike kuantike (elektrone, protone, etj.), përfaqësohet më saktë si një "paketë valore". Një paketë valësh është një grup valësh që mund të ndërveprojnë sikur të ishin të lokalizuara në hapësirë ​​(e ngjashme me një valë katrore që rezulton nga shtimi i një numri të pafund të valëve sinus) ose mund të ndërveprojnë si një valë e rregullt. Nëse paketa e valës është e lokalizuar në hapësirë, ajo sillet si një grimcë. Prandaj, në varësi të situatës, një foton mund të shfaqet ose si grimcë ose si valë. Ky koncept quhet dualitet valë-grimcë. Në PVCDROM ne kemi vizatuar paketën e valës si kjo:

Një përshkrim i plotë fizik i vetive të dritës kërkon analizën e saj mekanike kuantike, pasi fotonet janë një lloj grimcash mekanike kuantike. Zakonisht, për të kuptuar funksionimin e një qelize diellore, nuk është e nevojshme të futemi në këto detaje, kështu që ne i kemi kushtuar vetëm disa rreshta mekanikës kuantike. Në disa raste (për fat të mirë që përfshijnë sisteme FV rrallë), drita mund të sillet ndryshe nga shpjegimet e shkurtra të dhëna këtu. Sjellja e tij mund të jetë në kundërshtim me "logjikën e shëndoshë", që i referohet vëzhgimeve dhe ndjesive tona të përditshme. Meqenëse efektet mekanike kuantike ekzistojnë jashtë kufijve të perceptimit njerëzor, konceptet e sensit të përbashkët nuk mund të zbatohen për to. Për më shumë informacion të plotë Për një kuptim modern të natyrës së dritës, ju lutemi referojuni librave të Richard Feynman.

Incidenti i rrezatimit diellor në Tokë ka disa karakteristika themelore që janë të rëndësishme për të përcaktuar se si ai ndërvepron me një konvertues PV ose objekte të tjera. Këto karakteristika janë:

Përbërja spektrale e rrezatimit rënës
- intensiteti i rrezatimit diellor
- këndi në të cilin rrezatimi diellor i rënë godet modulin fotovoltaik
- sasia vjetore ose ditore e energjisë së rrezatimit diellor që bie në një sipërfaqe të caktuar

Në fund të këtij kapitulli, do të jeni të vetëdijshëm për të gjitha konceptet e mësipërme.

Një foton karakterizohet ose nga një gjatësi vale λ ose një energji ekuivalente me këtë gjatësi vale, e shënuar me E. Ato janë të ndërlidhura

raport:

ku h është konstanta e Plankut, c është shpejtësia e dritës. Vlerat e këtyre dhe konstantave të tjera të përdorura shpesh janë dhënë në këtë faqe.

Meqenëse energjia e fotonit është në përpjesëtim të zhdrejtë me gjatësinë e valës, fotonet me energji të lartë, siç janë fotonet e dritës blu, kanë gjatësi vale më të shkurtra se fotonet e dritës së kuqe me energji më të ulët.

Për të përshkruar energjinë e fotoneve dhe elektroneve, në vend të xhauleve, është më e përshtatshme të përdoret një njësi energjie e quajtur elektron-volt (eV). 1 elektron volt është e barabartë me energjinë e nevojshme që një elektron të kapërcejë fushën e krijuar nga një ndryshim potencial prej 1 Volt, 1 eV = 1.602 × 10-19 J.

Nëse energjia e fotonit shkruhet në elektron volt (eV) dhe gjatësia e valës në mikrometra (µm), atëherë ekuacioni i mëparshëm mund të shkruhet si

Ju mund të përdorni një hartë të gjatësisë valore ose kalkulator për të gjetur energjinë përkatëse të fotonit në çdo pjesë të spektrit elektromagnetik.

Shkruani gjatësinë e valës, λ = 0,6 mm
Energjia e fotonit, E = 2,0667 eV

Dendësia e fluksit të fotonit është numri i fotoneve që kalojnë nëpër një sipërfaqe njësi për njësi të kohës:

Dendësia e fluksit të fotonit është e nevojshme për të përcaktuar numrin e elektroneve të gjeneruara nga drita, dhe rrjedhimisht fuqinë e rrymës së gjeneruar nga qeliza diellore. Përveç madhësisë së densitetit të fluksit të fotonit, është gjithashtu e nevojshme të dihet energjia ose gjatësia e valës së tyre. Nëse dihen densiteti i fluksit të fotonit dhe gjatësia e valës ose energjia e fotonit, atëherë për secilën gjatësi vale ose energji është e mundur të llogaritet densiteti i fluksit të rrezatimit sipërfaqësor (intensiteti - për një sipërfaqe të vetme ose ndriçim - nëse po flasim rreth një sipërfaqe të caktuar). Dendësia e fluksit të rrezatimit sipërfaqësor fitohet duke shumëzuar densitetin e fluksit të fotonit me energjinë e një fotoni. Meqenëse densiteti i fluksit të fotonit është numri i fotoneve që bien në sipërfaqe për njësi të kohës, duke e shumëzuar atë me energjinë e një fotoni, marrim incidentin e energjisë në sipërfaqe për njësi të kohës, domethënë densitetin e fluksit të rrezatimit sipërfaqësor. Nëse energjia e fotonit shkruhet në xhaul, atëherë intensiteti do të ketë dimensionin W/m2 dhe

ku f është fluksi i fotoneve.

Ф = 3e21 m-2s-1
Eph = 2 eV

H = 961,2 W/m2

Një pasojë e këtij ekuacioni është se për të siguruar të njëjtin intensitet rrezatimi, është e nevojshme të kemi një densitet më të lartë fluksi të fotoneve me energji të ulët sesa me ato të larta. Animacioni tregon të njëjtin intensitet të rrezatimit të prodhuar nga fotonet blu dhe të kuqe që godasin sipërfaqen. Ka më pak fotone blu sepse kanë më shumë energji.

Dendësia spektrale e ndriçimit (shkëlqimi), si funksion i gjatësisë së valës ose energjisë së fotonit, e shënuar F, është mënyra më e zakonshme për të përshkruar një sipërfaqe të ndriçuar (burim drite). Ai i jep sipërfaqes densitet të fluksit të rrezatimit për një gjatësi vale të caktuar. Njësitë e densitetit spektral të ndriçimit - Wm-2μm-1. 1 Wm-2 është dendësia e fluksit të rrezatimit sipërfaqësor në një gjatësi vale λ(μm). Prandaj, m-2 i referohet zonës së sipërfaqes së ndriçuar (burimi i dritës) dhe μm-1 në gjatësinë e valës së interesit.

Kur analizohen qelizat diellore, në shumicën e rasteve është e nevojshme të dihet jo vetëm dendësia e fluksit të fotonit, por edhe dendësia spektrale e ndriçimit. Mund të merret nga një rrymë fotonesh në një gjatësi vale specifike, siç tregohet në seksionin "Fluksi i fotonit". Pastaj rezultati ndahet me gjatësinë e valës së dhënë:

ku
F - dendësia spektrale e ndriçimit në Wm-2μm-1;
Ф - dendësia e fluksit të fotonit në # fotone m −2s-1
E dhe λ janë energjia e fotonit dhe gjatësia e valës në eV dhe µm, përkatësisht, dhe q, h dhe c janë konstante.

Shkëlqimi spektral i llambave ksenon (vija jeshile), halogjeni (blu) dhe merkuri (i kuq) në boshtin e majtë tregohet në grafik në krahasim me emetimin spektral të Diellit (vija rozë) në boshtin e djathtë.

Shkëlqimi total (ndriçimi i objektit) i një burimi drite mund të merret duke integruar densitetin spektral të ndriçimit mbi të gjitha gjatësitë valore ose energjitë me interes. Megjithatë, për një numër të madh rastesh, ekuacioni i saktë për densitetin spektral të ndriçimit nuk mund të shkruhet. Në vend të integrimit, dendësia e ndriçimit spektral matet për çdo gjatësi vale dhe më pas përmblidhet mbi të gjitha gjatësitë e valëve. Për të përcaktuar ndriçimin total (shkëlqimin), mund të përdorni ekuacionin e mëposhtëm:

ku
H është shkëlqimi total i burimit të dritës (ndriçimi i objektit) në Wm −2
F(λ) - emetim spektral në Wm-2µm-1
Δλ, dλ - gjatësi vale