Denge spektrumundaki enerji dağılımını açıklamak termal radyasyon, Planck'ın gösterdiği gibi ışığın sadece kısımlar halinde yayıldığını varsaymak yeterlidir Fotoelektrik etkiyi açıklamak için ışığın aynı kısımlarda emildiğini varsaymak yeterlidir. Ancak Einstein çok daha ileri gitti. Işığın, başlangıçta ışık kuantumu olarak adlandırılan ayrı parçacıklar biçiminde yayıldığı hipotezini ortaya koydu. Daha sonra bu parçacıklara foton adı verildi.

Einstein'ın hipotezinin en doğrudan teyidi Bothe'nin deneyinden geldi. İki gaz boşaltma sayacı Cch arasına ince bir metal folyo F (Şekil 10.1) yerleştirildi (2. cilt § 82'ye bakın). Folyo zayıf bir ışınla aydınlatıldı röntgen, etkisi altında kendisinin bir x-ışını kaynağı haline geldi (bu fenomene x-ışını floresansı denir). Birincil ışının düşük yoğunluğu nedeniyle, folyo tarafından yayılan kuantum sayısı azdı.

X-ışınları ona çarptığında, sayaç çalıştı ve hareketli bant L üzerinde bir işaret yapan özel bir mekanizma M harekete geçirdi. Eğer yayılan enerji, dalga temsillerinden aşağıdaki gibi her yöne eşit olarak yayılırsa, her iki sayacın da aynı anda çalışır ve banttaki işaretler birbirinin üzerine düşerdi. Aslında, tamamen rastgele bir işaret dizilimi vardı. Bu ancak, ayrı emisyon eylemlerinde, önce bir yönde, sonra diğer yönde uçan hafif parçacıkların ortaya çıkmasıyla açıklanabilir.

Böylece, özel hafif parçacıkların - fotonların varlığı deneysel olarak kanıtlandı. Bir fotonun enerjisi, frekansına göre belirlenir:

Elektromanyetik dalganın momentumu vardır (bkz. 2. cilt, § 108). Buna göre fotonun da momentumu olmalıdır. Bir fotonun momentumunu belirlemek için görelilik kuramının bağıntılarını kullanırız. Hızla birbirine göre hareket eden iki referans çerçevesi düşünün. Eksenleri yönlendirelim Bir fotonun bu eksenler yönünde uçmasına izin verin. Sistemlerdeki foton enerjisi sırasıyla eşittir. Frekanslar ve ilişki ile ilişkilidir

(2. cildin § 151'ine bakın). Sonuç olarak,

K sisteminde bir fotonun momentumunu simgeyle, K sisteminde - simgeyle belirleyelim. Simetri değerlendirmelerinden, bir fotonun momentumunun eksen boyunca yönlendirilmesi gerektiği sonucu çıkar.Bu nedenle, bir referans çerçevesinden diğerine geçerken, enerji ve momentum formüle göre dönüştürülür.

(1. cildin formülüne (69.2) bakınız; ters dönüşümün formülünü yazdık ve bu nedenle işareti daha önce değiştirdik. Düşündüğümüz durumda, (10.3) ile yerine koyabiliriz.

(10.2) ve (10.3) formüllerinin bir karşılaştırmasından şu sonuç çıkar:

(yerine yazdık). Buradan

1. cildin § 71'inde, momentum ve enerji arasındaki böyle bir ilişkinin yalnızca c hızında hareket eden sıfır durgun kütleli parçacıklar için mümkün olduğu gösterilmiştir. Böylece, kuantum oranı ve görelilik kuramının genel ilkeleri, bundan şu sonuç çıkar:

1) bir fotonun kalan kütlesi sıfırdır,

2) foton her zaman c hızıyla hareket eder.

Bu, bir fotonun, var olabilen, c'den daha düşük hızlarda hareket eden ve hatta hareketsiz durumda olan elektron, proton vb. gibi parçacıklardan farklı özel türde bir parçacık olduğu anlamına gelir.

(10.4) formülündeki frekansı dalga boyu ile değiştirerek, foton momentumu için ifadeyi elde ederiz.

( - dalga sayısı). Bir foton, bir elektromanyetik dalganın yayılma yönünde uçar. Bu nedenle, momentum ve dalga vektörünün yönleri k çakışır. Bu nedenle formül (10.5) vektör biçiminde yazılabilir:

Yüzeyin normali boyunca uçan bir foton akımının ışığı soğuran bir yüzeye düşmesine izin verin. Fotonların yoğunluğu ise, fotonların PS'si birim zamanda birim yüzey başına düşer. Her foton absorbe edildiğinde duvara momentum verir. ile çarpıldığında, birim yüzeye birim zamanda verilen momentumu, yani duvardaki ışığın basıncını elde ederiz:

Ürün, birim hacimdeki fotonların enerjisine eşittir, yani elektromanyetik enerjinin yoğunluğu w. Böylece, elektromanyetik teoriden elde edilen basınç ifadesi ile örtüşen - w formülüne geldik (bkz. 2. hacmin formülü (108.9)). Duvardan yansıyan foton, ona momentum kazandırır. Bu nedenle, yansıtıcı bir yüzey için basınç eşit olacaktır.

Bir foton topluluğu olarak elektromanyetik alan kavramına dayanarak, siyah bir cismin emisyonu ile denge radyasyon yoğunluğu arasında bir ilişki elde etmek kolaydır.

Denge ışımasıyla dolu bir boşluğun birim hacminde, frekansları şu aralıkta olan fotonlar olduğunu varsayalım.

(formül (3.4) ile karşılaştırın).

Bu bölümde, ışığın bir parçacık akışı (fotonlar) gibi davrandığı bir dizi fenomeni ele aldık. Ancak, ışığın girişimi ve kırınımı gibi fenomenlerin ancak dalga kavramları temelinde açıklanabileceğini unutmamak gerekir. Böylece ışık, parçacık-dalga ikiliğini (ikiliği) ortaya çıkarır: bazı fenomenlerde dalga doğası tezahür eder ve bir elektromanyetik dalga gibi davranır, diğer fenomenlerde ışığın parçacık doğası tezahür eder ve bir foton akışı gibi davranır. § 18'de dalga-parçacık ikiliğinin yalnızca hafif parçacıklarda değil, aynı zamanda madde parçacıklarında da (elektronlar, protonlar, atomlar, vb.) içkin olduğunu göreceğiz.

Dalga ve cisimcik kalıbının hangi ilişkide olduğunu bulalım. Bu sorunun cevabı, bir yüzeyin aydınlatması her iki açıdan da ele alınarak elde edilebilir. Dalga kavramlarına göre, yüzeyin bir noktasındaki aydınlatma, ışık dalgasının genliğinin karesiyle orantılıdır. Parçacık bakış açısından, aydınlatma foton akı yoğunluğu ile orantılıdır. Sonuç olarak, ışık dalgası genliğinin karesi ile foton akı yoğunluğu arasında doğrudan bir orantı vardır. Foton, enerji ve momentumun taşıyıcısıdır. Fotonun çarptığı yüzeyde enerji açığa çıkar. Dalga genliğinin karesi, bir fotonun çarpma olasılığını belirler. verilen nokta yüzeyler.

Yüzey saniyede yaklaşık 2-1013 foton düşer. Göreceli dalgalanma ile ters orantılıdır kare kök parçacık sayısından (1. cildin formülüne (102.6) bakın). Bu nedenle, foton akısının belirtilen değerinde dalgalanmalar ihmal edilebilir hale gelir ve yüzey düzgün bir şekilde aydınlatılmış gibi görünür.

Zayıf ışık akılarının dalgalanmaları S. I. Vavilov ve işbirlikçileri tarafından keşfedildi. En yüksek hassasiyet bölgesinde, saniyede yaklaşık 200 foton göz bebeğine çarptığında gözün ışığa tepki vermeye başladığını buldular. Bu yoğunlukta Vavilov, belirgin bir şekilde istatistiksel bir karaktere sahip olan ışık akısındaki dalgalanmaları gözlemledi. Doğru, Vavilov'un deneylerinde gözlemlenen ışık algısındaki dalgalanmaların sadece ışık akısındaki dalgalanmalardan değil, aynı zamanda gözde meydana gelen fizyolojik süreçlerle ilişkili dalgalanmalardan da kaynaklandığı akılda tutulmalıdır.

Görelilik teorisinin "mayası" üzerinde yükselen modern fiziğin metodolojisi, akılların eşi görülmemiş bir şekilde sarsılmasına ve daha çok ortaçağ skolastik fantezileri gibi, buna dayalı birçok bilimsel teorinin ortaya çıkmasına neden oldu.

Örneğin, görelilik teorisini eleştirdiği için acı çekmesiyle tanınan Profesör Veinik (sadece alay etti), öğrenciler için bir ders kitabı olan "Termodinamik"te şöyle yazıyor: "...kuantum mekaniğinin önemli bir dezavantajı, parçacığın yapısını yargılamayı mümkün kılacak yol gösterici fikirler. Sonuç olarak foton gibi sıradan bir temel parçacık, istisnai kategorisine girdi (görünüşe göre, bu, ışığın uzun bir süre bir dalga olarak kabul edilmesinin yanı sıra formül ile kolaylaştırıldı. E = mc 2 Einstein). Aslında, bir foton ilke olarak bir elektrondan ve diğer temel parçacıklardan farklı değildir (bu, fotoğraflardan değerlendirilebilir...). Tüm mikrokozmosun ve onları yöneten yasaların tam bir resmini elde etmek için bir elektronun veya fotonun yapısını anlamak yeterliydi. Genel teoriye göre (Veinik - N.N.), temel bir parçacık bir mikro yük topluluğudur. İkincisi şunları içerir: kütle (maddeler), uzay (metronlar), zaman (krononlar), elektron, termon, Planck sabiti vb. Farklı temel parçacıkların sayısı sonsuzdur.”

Böylece, uzay-zaman, dalga-parçacık, belirsizlik ilkesi, kütle-enerjinin eşdeğeri ve diğer "varlıklar"ın termonlar, metronlar, krononlar ve maddeler biçiminde yeni canavarlar yaratmaya nasıl devam ettiğini görüyoruz. Fotoğrafa gelince, Veinik'e gece bir otoyol resmi gösterilseydi, bir arabanın bir fotoğrafta far izi bırakmasının “sıradanlığını” da aynı şekilde tanımlardı. "Aklın uykusu canavarları doğurur" (Goya).

"Bütün doğal fenomenlerin nedeni, mekanik nitelikteki değerlendirmelerin yardımıyla kavranır, aksi takdirde fizikte herhangi bir şeyi anlama umudundan vazgeçmek gerekir." (Huygens "Işık Üzerine İnceleme"). Aynı fikir içinde farklı seçenekler farklı zamanların en ünlü araştırmacıları ve düşünürleri tarafından ifade edildi: Aristoteles, Galileo, Newton, Hooke, Descartes, d'Alembert, Fresnel, Faraday, Helmholtz ve diğerleri. Bu nedenle, Maxwell “Elektrik ve Manyetizma Üzerine İnceleme” de şöyle yazdı: “Şu anda, zaman içindeki yayılımı (etkileşimler - N.N.) maddi bir maddenin uzayda uçuşu gibi bir şey veya bir hareket durumu dışında anlayamayız. ya da uzayda zaten var olan bir ortamdaki gerilim... Gerçekten de zaman içinde enerji bir cisimden diğerine nasıl aktarılırsa aktarılsın, bir cisimden ayrıldıktan sonra enerjinin içinde bulunduğu bir ortam veya madde olmalıdır, ancak henüz bir başkasına ulaşmış değil... Dolayısıyla tüm bu teoriler (dalga, etkileşim ve elektromanyetizma - N.N.) yayılmanın gerçekleştiği bir ortam kavramına yol açıyor ve bu ortamı bir hipotez olarak kabul edersek, bence alınması gerektiğini düşünüyorum. araştırmamızda öne çıkan bir yer ve kişi, eyleminin tüm ayrıntılarıyla zihinsel bir temsilini oluşturmaya çalışmalı; Bu, bu tezdeki sürekli amacım olmuştur.".

Ama şimdi Veinik'e göre bir fotonun görünümünü hayal etmeye çalışalım: “heyecanlı” bir elektron uçtu, bir yörünge boyunca uçtu ve aniden ondan kopan belirli bir “sıradan öz”, bunun için hiçbir nedeni ve temeli olmayan, elektronun hızından ve döngüsel frekansından bağımsız olarak, salınım frekansını elde eder (alması gereken enerji miktarını hesapladıktan sonra?), Ve kütle - ne olur! Buradaki etki, nedenlerle üretilmez ve fiziksel düşünceler mantık ve mekanik yasaları tarafından desteklenmez. neler zihinsel temsiller» Maxwell?!

Böylece Maxwell, enerjinin bir uzaklığa yalnızca iki şekilde aktarılabileceğini iddia eder: ya madde (kütle) ile birlikte ya da bir ara ortam aracılığıyla dalgalar yoluyla. Sözde özel bir maddenin varlığı - elektromanyetik alan- bilimsel olmayan düşüncenin fiziğine nüfuz etmenin sonucu. Bu, maddenin atomlarının ve moleküllerinin titreşim enerjisini ve aynı zamanda termal (elektromanyetik) radyasyonu oldukça başarılı bir şekilde tanımlayan kalori bile değildir. Bu, doğanın gizemi karşısında kişinin cehaletini ve acizliğini gizleme girişiminden başka bir şey değildir.

İnsanlığın büyük beyinleri, Newton, Hooke, Huygens'den eski Yunan, eski Arap, eski Hint ve eski Çin düşünürlerinden başlayarak, ışığın kullanımında büyük başarılar elde etmelerine rağmen modern araştırmacılarla biten bu bilmeceyle mücadele ediyor. (lazerler vb.), ancak ışığın özü hakkındaki bilgileri hala gerçek olmaktan çok uzaktır.

Newton'un ışığın doğası hakkındaki görüşleri oldukça çelişkili ve tutarsızdı. Gerçek bilimsel düşüncenin kurucusu olmasına rağmen, yeterli deneysel ve gözlemsel gerçekler olmadan bilimsel hipotezler ileri sürme korkusu onu diğer uca götürdü: düşünmenin kısıtlanmasına ve sonuçlarda tutarlılığın olmamasına. Böylece, cisimlerin uzaktan etkileşimi hakkındaki görüşleri, onu bir ara ortamın varlığı fikrine götürdü; ancak ışığın doğasını ele alırken, bu ortamı reddeder çünkü "bu esirin hareket yasalarının doğru bir şekilde belirlenip gösterileceği yeterli deney kaynağı yoktur."

Elbette, optik, elektromanyetizma, atom ve fizik gibi bilimler bile onun zamanında eterin özellikleri ve bileşimi sorunu erkendi. moleküler fizik Ve bircok digerleri. Ve zamanımızda bile, atomun çekirdeği gibi bilimler ve temel parçacıklar hala "siste yüzen". Maddenin yapısındaki bir sonraki adım olan eter hakkında ne söylenebilir?

Bununla birlikte, esirin özellikleri hakkındaki gözlemler, gerçekler, deneyler ve bilgiler giderek daha fazla hale geldi ve tüm büyük ve önemli teoriler sadece "eyleminin zihinsel yapısı" sayesinde ortaya çıktı. Einstein ve Infeld, genel görelilik ilkesinin varlığı lehine kaldırılabilecek teoriler oluşturmak için "ormanlar" olarak adlandırdılar. Ama şimdi optik ve optik gibi bilimlerin böyle olduğunu hayal etmek zor. elektromanyetik teori, genel görelilik ilkesi onlardan önce ortaya çıktıysa.

“Dalga teorisi, tahminlerinin kusursuz niteliksel ve niceliksel doğruluğu ile Newton'un son kullanma teorisini yendi” (S. Vavilov) ve sadece bu değil. Birincisi, ışık hızının kaynağın hızından bağımsızlığı, çıkış teorisi ile açıklanamaz. Newton sadece fotonların hızının kaynağın hızına eklendiğine inanıyordu. İkincisi, son kullanma teorisi, daha yoğun bir ortamda ışığın hızında bir artış öngörürken, Huygens'in dalga teorisi bu hızda bir düşüş öngördü. Fizeau ve Foucault tarafından gerçekleştirilen yoğun bir ortamdaki hızı ölçmek üzerine doğrudan deneyler, ışığın dalga doğasını doğruladı.

Işığın dalga teorisi, Faraday, Maxwell, Hertz, Lebedev ve diğer araştırmacıların hem teorik hem de deneysel çalışmaları ile doğrulandı. Örneğin Maxwell, "Treatise ..." adlı eserinde şunları yazdı: "... ışıklı ortam, içinden ışık geçtiğinde, bir enerji deposu görevi görür. AT dalga teorisi Huygens, Fresnel, Young, Green ve diğerleri tarafından geliştirilen bu enerji, kısmen potansiyel ve kısmen kinetik olarak kabul edilir. Potansiyel enerji ortamın temel hacimlerinin deformasyonundan kaynaklandığı düşünülür, bu da ortamı elastik olarak kabul etmemiz gerektiği anlamına gelir. Kinetik enerji koşullu kabul edilir salınım hareketi ortam, bu nedenle ortamın sonlu bir yoğunluğa sahip olduğunu varsaymalıyız. Bu tezde kabul edilen elektrik ve manyetizma teorisi, iki tür enerjinin varlığını kabul eder - elektrostatik ve elektrokinetik ve bunların yalnızca bedenlerde değil, aynı zamanda çevreleyen alanın her yerinde lokalize oldukları varsayılır. Bu nedenle, teorimiz, her ikisinin de iki tür enerji için bir hazne haline gelebilecek bir ortamın varlığını varsaydığı için dalga teorisi ile tutarlıdır. Aynı zamanda, hem Maxwell hem de Faraday, geniş bilimsel görüşlere sahip insanlar olarak, esirin sadece ışığın dalga teorisi (elektrodinamizm) için değil, aynı zamanda etkileşimlerin iletimi için de gerekli olduğuna dikkat çektiler. Bu çok önemli argüman, "kralın yeni elbisesini" - uzay-zamanın eğriliğini görme ihtiyacının bir sonucu olarak modern araştırmacılar tarafından hala göz ardı ediliyor.

Hikaye anlatıcısı Andersen bunun hakkında şöyle yazdı: “Yetenekli dokumacılar gibi davrandılar ve inanılmaz bir özelliği olan harika bir kumaşı örebileceklerini söylediler - yanlış yerde oturan veya geçilmez bir aptal olan herhangi bir kişi tarafından görünmez hale gelir. .. “Aptal değilim, diye düşündü devlet adamı. Bu yanlış yerde olduğum anlamına mı geliyor? İşte size bir tane! Ama gösteremiyorsun bile!"

S. Vavilov şöyle yazdı: "Dalga teorisi galip geldi, görünüşe göre, nihai zafer... Ama zaferin çok erken olduğu ortaya çıktı... Dalga teorisi, ışığın eyleminin kuantum yasaları karşısında çaresiz kaldı. "

Şimdi kendimize şu soruyu soruyoruz: Diğer birçoklarına karşı bu tek gerçeğin bilim adamlarının görüşlerini bu kadar dramatik bir şekilde değiştirmesi mümkün mü?! Evet, radyasyon ayrılığı var; evet, foton monolitik bir parçacık olarak uçar. Ama havada benzer bir ses davranışı yok mu? Ya da tam tersi: Elektromanyetik dalgaların davranışı sese benzer değil mi?

Hertz ve takipçileri mülkü mükemmel bir şekilde gördüler. Elektromanyetik radyasyonçevreye iletmek uzayda lokalize olmayan küresel dalgalar. (Bu arada, modern armatürlerin iddia ettiği gibi nicemleştirilmezler, çünkü bunlar elektronların bir yörüngeden diğerine atlamalarının sonucu değil, bir iletkendeki serbest elektronların hızlandırılmış hareketidir). Uzun elektromanyetik dalgaların bu özelliğinden dolayı, yayıcının etrafındaki kürenin herhangi bir noktasından TV izliyor ve radyo alıcısını dinliyoruz. Ancak elektromanyetik dalgaların frekansı artış yönünde belirli bir sınırı geçer geçmez radyasyonun yönlülüğü ortaya çıkar.

Aynı şey sesle olur. Doğru, sesin bu tür özellikleri, ultrason üretimi ile bağlantılı olarak oldukça yakın zamanda keşfedildi. Ultrasonik dalgaların keskin bir yönlülüğe sahip olduğu ve uzayda lokalize parçacıklar olarak kabul edilebileceği ortaya çıktı. "Dalga teorisinin çaresizliği" için bu kadar! Araştırmacıların kendilerinin bir şeyi açıklamakta aciz kaldıkları her durumda, klasik mekaniği suçladıkları ortaya çıktı.

Feynman'ın gösterdiği gibi, salınım yasaları frekansa bağlıdır, çünkü ortamda meydana gelen süreçlerin doğası buna bağlıdır. Bununla birlikte, elastik bir dalgadaki basınç ve sıcaklık adyabatik olarak değiştiğinde, yalnızca salınım denkleminin türetilmesinden memnun kaldı. Feynman da dahil olmak üzere araştırmacıların hiçbiri, bu durumda meydana gelen süreçler ısının emilmesine yol açtığında, parçacıkların ortalama serbest yoluna göre yüksek salınım frekanslarını dikkate almadı. Bu durumda, bireysel parçacıkların hareket yönlerinin dağılımı nedeniyle salınımın küresel bir dalga tarafından yayılamayacağı oldukça açıktır. Salınımların frekansı, parçacıkların serbest yolunun "frekansından" daha az olduğu için yalnızca keskin bir şekilde yönlendirilebilir.

Ultrasonun özellikleriyle analojiden, yerelliğin dalga teorisiyle hiçbir şekilde çelişmediği sonucuna varılır. Dahası, havanın bir metal gibi davrandığı ve ultrasonun enine dalgaları olduğu ortaya çıkmayacak mı?

Yerelliğe ek olarak, fotonlar, radyo dalgalarından farklı olarak, kökenleriyle ilgili başka bir önemli özelliğe sahiptir: kesinlikle dozlanmış enerji. Atomların yapısıyla ilişkili fotonların bu özelliği, elektromanyetik dalgaların tüm spektrumuna genişletilmemelidir. Ve burada, daha da önemlisi, foton enerjisinin bir özelliği olarak Planck sabiti, son zamanlarda fiziğin her adımında yapıldığı gibi, daha geniş anlamda düşünülmemelidir. Planck sabitinin zaman, uzay ve kütlenin ayrılığı ile hiçbir ilgisi yoktur.

Foton enerjisinin katı dozlanmasıyla bağlantılı olarak, yeni bir bilim ortaya çıktı - en başından bugüne kadar çözülmemiş birkaç sorunun kaldığı kuantum mekaniği. Birincisi: Dairesel veya eliptik bir yörünge boyunca hareket eden bir atomun elektronları, merkezcil ivmeye sahip olmalarına rağmen neden foton yaymazlar? İkincisi: fotonların emisyon ve absorpsiyon mekanizması nedir?

İlk soru, tüm ders kitaplarında tekrarlanan bir kavram yanılgısıyla ilgilidir. bilimsel belgelerüzerinde Kuantum mekaniği. Örneğin, Semenchenko'nun "Teorik Fiziğin Seçilmiş Bölümleri"nde şunları okuyoruz: "Klasik elektrodinamik yasalarına göre, hızlı hareket eden herhangi bir elektron elektromanyetik enerji yayar, çünkü elektronlar çekirdeğin etrafında uzun süre hareket edemezler. Böylece kinetik enerji elektron azalır ve sonunda çekirdeğe düşmelidir. Ve Kaigorodsky, "Herkes için Fizik" de bir elektronun çekirdeğe düşme zamanını bile hesapladı - saniyenin yüzde biri!

Okuyucudan üç terimden oluşan klasik elektrodinamiğin Weber denklemine bakmasını istiyorum. İlk terim Coulomb yasası, ikincisi potansiyel gecikmenin bir sonucu olarak etkileşim kuvvetindeki değişim, üçüncüsü radyasyon konumuzla ilgili olandır. Burada Weber formülünün içerdiğini görüyoruz. uzaklık skaler Etkileşen parçacıklar arasında. Bu, çekirdek ile elektron arasında sabit bir mesafede, hem birinci hem de ikinci türevlerin sıfıra eşit olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, bu durumda, potansiyel bir gecikme olmamalıdır ve radyasyon. Bu, hızlı hareket eden her elektronun enerji yaymadığı anlamına gelir. Dairesel bir yörüngede hareket eden bir elektron ışıma yapmamalıdır.! Böylesine önemli bir hatanın bu kadar uzun süre fark edilmemesi şaşırtıcı!

İkinci sorunun çözümü Huygens tarafından önerildi. Şöyle önerdi: "Işık, cisimlerin hareketli parçacıklarının eter parçacıkları üzerinde yarattığı şoklardan dolayı ortaya çıkar." Dalga boyları için de Broglie bağıntısının ortaya çıkmasından önce, Huygens'in bu ifadesi "havada asılı" görünüyordu. De Broglie ilişkisinin, hem ilişkinin kendisinin hem de de Broglie dalgalarının bir sonucu olarak fotonların ortaya çıkmasının nedenlerini incelemek için temel olması gerekiyordu. Ancak Born, Heisenberg ve Bohr'un kuantum mekaniğinin belirsizliğine ilişkin vardığı sonuç ve Einstein'ın ether'i reddetmesi fizikçileri bu problemden uzaklaştırdı.

Görünüşe göre, de Broglie dalgalarının, nedeninin eşit olmayan potansiyel gecikmesi olan parçacıkların gerçek bir “itme” hareketi süreci olduğu ve fotonun yerel (keskin bir şekilde yönlendirilmiş) eterin bir parçası olduğu varsayılmalıdır. başında ve sonunda biraz farklı salınım frekansına sahip dalgalar (genişlik spektral çizgi), bir kararlı yörüngeden diğerine atlarken elektron hızının yavaşlaması ile ilişkilidir.

Potansiyelin düzgün olmayan gecikmesinin bir sonucu olarak parçacıkların yavaş hareketi, kuantum mekaniğinin sorularından bir tanesine daha çözüm olabilir - bir elektronun kararlı ayrık yörüngelerinin varlığı. Kararlı yörüngeler, görünüşe göre döngüsel ve şok salınımlarının rezonansının sonucudur.

Böylece, klasik fiziğe, esire, mekanik görüşlere, nedenselliğe ve ışığın dalga temsillerine dönüşün olmadığı ve olamayacağı yolundaki ortodoks görecilerin birçok büyüsüne rağmen, bunu yapmalıyız, aksi takdirde “yapmak zorunda kalacağız”. tüm umudunu bırak, fizikten bir şey anla."

Edebiyat:

1. yapay zeka Veinik. Termodinamik. Yüksek Lisans, Minsk, 1968, s. 434.
2. H. Huygens. Işık Üzerine İnceleme. Leiden, 1703. Çev. lat'den. oturdu. ed. G.M. Golin ve S.R. Filonovich "Fiziksel Bilimin Klasikleri", Yüksek Okul, 1989, s. 131-140.
3. J.K. Maxwell. Elektrik ve manyetizma üzerine inceleme, cilt 1, 2, Oxford, 1873. Per. İngilizceden. Bilim, M., 1989.
4. Newton. Optik veya ışığın yansımaları, kırılmaları, bükülmeleri ve renkleri üzerine bir inceleme. Londra, 1706. Çev. lat'den. ed. GS Landsberg, Gostekhizdat, Moskova, 1981.
5. Sİ. Vavilov. Göz ve güneş. Bilim, M., 1976.
6. G. Hertz. Çok hızlı elektriksel salınımlarda. Anne. der Ph., b. 31, s. 421...448. Başına. onunla. oturdu. ed. G.M. Golin ve S.R. Filonovich "Fizik Bilimi Klasikleri", Yüksek Okul, 1989.
7. G. Hertz. Havadaki elektrodinamik dalgalar ve yansımaları hakkında. Anne. der Ph., b. 34, s. 609...623. Başına. onunla. oturdu. ed. G.M. Golin ve S.R. Filonovich "Fizik Bilimi Klasikleri", Yüksek Okul, 1989.
8. R. Feynman, R. Layton, M. Sands. Feynman Dersleri fizikte. Başına. İngilizce'den, cilt 3, 4, Mir, M., 1976, s. 391...398.
9. VC. Semenchenko. Teorik fiziğin seçilmiş bölümleri. Aydınlanma, M., 1966, s.131.
10. yapay zeka Kitaygorodsky. Herkes için fizik, cilt 3 (Elektronlar), Nauka, M., 1979.

"Kazakistan Bilimi" No. 5 (65), 1 Mart ... 15, 1996

Her dakika Dünya, gelecek birkaç yıl boyunca insanlığa yetecek miktarda güneş enerjisi alır.

Her gün gördüğümüz ışık, Güneş'ten gelen ve Dünya'ya çarpan tüm radyasyonun sadece bir kısmıdır. Güneş ışığı bir elektromanyetik radyasyon şeklidir ve gözlerimizin gördüğü ışık, sağdaki resimde gösterilen tüm elektromanyetik spektrumun sadece küçük bir kısmıdır. Elektromanyetik spektrum, ışığın doğasında var olanın bir yansımasıdır. dalga özellikleri: Işık, dalga boyu gibi farklı özelliklere sahip bir dizi dalga olarak tanımlanabilir.

İlk kez, ışığın dalga kavramları 19. yüzyılın başında ortaya çıktı. Young, Arago ve Fresnel'in deneyleri, ışığın dalgalardan oluştuğunu gösteren, ışık huzmelerinde girişim etkilerinin varlığını gösterdi. 60'ların sonunda görülebilir ışık tüm elektromanyetik spektrumun bir parçası olarak temsil edilir. Bununla birlikte, 19. yüzyılın sonunda, dalga teorisinde bazı zorluklar ortaya çıktı: dalga denklemleri, ısıtılmış cisimlerin radyasyon spektrumunun ölçülmesine ilişkin deneylerin sonuçlarını açıklayamadı. Bu çelişki 1900'de Max Planck tarafından çözüldü. ve 1905'te Albert Einstein. Planck, ışığın tüm enerjisinin ayırt edilemez elementlerin enerjilerinden oluştuğunu öne sürdü - enerji kuantası. Fotoelektrik etkiyi (ışık etkisi altında belirli metallerden ve yarı iletkenlerden elektronların salınması) inceleme sürecinde Einstein, enerji kuantumunun büyüklüğünü doğru bir şekilde belirleyebildi. Bu keşif için Planck ve Einstein Nobel ödülleri sırasıyla 1918 ve 1921. Çalışmalarının ana sonucu, ışığın bir dizi "paket" veya enerji parçacıkları - fotonlar olarak tanımlanabileceğini anlamaktı.

Bugün, kuantum mekaniğinin aygıtı, ışığın dalga ve parçacık yapısını açıklamak için kullanılmaktadır. Kuantum mekaniğinde, bir foton, diğer tüm kuantum mekaniksel parçacıklarla (elektronlar, protonlar, vb.) birlikte en doğru şekilde bir "dalga paketi" olarak temsil edilir. Bir dalga paketi, uzaysal olarak lokalize edilmiş gibi etkileşime girebilen (sonsuz sayıda sinüs dalgasının eklenmesinden kaynaklanan bir kare dalgaya benzer) veya normal bir dalga gibi etkileşime girebilen bir dizi dalgadır. Dalga paketi uzamsal olarak lokalize ise, bir parçacık gibi davranır. Bu nedenle, duruma bağlı olarak bir foton, kendisini bir parçacık veya bir dalga olarak gösterebilir. Bu kavram dalga-parçacık ikiliği olarak adlandırılır. PVCDROM'da dalga paketini şu şekilde çizdik:

Fotonlar bir tür kuantum mekanik parçacık olduğundan, ışığın özelliklerinin eksiksiz bir fiziksel açıklaması, onun kuantum mekanik analizini gerektirir. Genellikle bir güneş pilinin çalışmasını anlamak için bu ayrıntılara girmek gerekli değildir, bu nedenle kuantum mekaniğine sadece birkaç satır ayırdık. Bazı durumlarda (neyse ki nadiren PV sistemleri içerir), ışık burada verilen kısa açıklamalardan farklı davranabilir. Davranışı, günlük gözlemlerimize ve duyumlarımıza atıfta bulunan "sağduyuya" aykırı olabilir. Kuantum mekaniksel etkiler insan algısının sınırları dışında var olduğundan, sağduyu kavramları bunlara uygulanamaz. Daha fazlası için tüm bilgiler Işığın doğasına ilişkin modern bir anlayış için lütfen Richard Feynman'ın kitaplarına bakın.

Dünya üzerindeki güneş radyasyonu olayı, bir PV dönüştürücü veya diğer nesnelerle nasıl etkileşime girdiğini belirlemek için önemli olan bazı temel özelliklere sahiptir. Bu özellikler şunlardır:

Gelen radyasyonun spektral bileşimi
- güneş radyasyonunun yoğunluğu
- gelen güneş radyasyonunun fotovoltaik modüle çarpma açısı
- belirli bir yüzeye düşen yıllık veya günlük güneş radyasyonu enerjisi miktarı

Bu bölümün sonunda, yukarıdaki kavramların hepsinin farkında olacaksınız.

Bir foton, ya dalga boyu λ ya da bu dalga boyuna eşdeğer bir enerji ile karakterize edilir ve E ile gösterilir. Bunlar birbirine bağlıdır.

oran:

h Planck sabiti, c ise ışık hızıdır. Bunların ve diğer sık ​​kullanılan sabitlerin değerleri bu sayfada verilmiştir.

Foton enerjisi dalga boyu ile ters orantılı olduğundan, mavi ışık fotonları gibi yüksek enerjili fotonlar, düşük enerjili kırmızı ışık fotonlarından daha kısa dalga boylarına sahiptir.

Fotonların ve elektronların enerjisini tanımlamak için joule yerine elektron-volt (eV) adı verilen bir enerji birimi kullanmak daha uygundur. 1 elektron volt enerjiye eşittir bir elektronun 1 Volt, 1 eV = 1.602 × 10-19 J'lik bir potansiyel fark tarafından oluşturulan alanı aşması için gereklidir.

Foton enerjisi elektron volt (eV) ve dalga boyu mikrometre (µm) olarak yazılırsa, önceki denklem şu şekilde yazılabilir:

Elektromanyetik spektrumun herhangi bir bölümünde karşılık gelen foton enerjisini bulmak için bir dalga boyu haritası veya hesap makinesi kullanabilirsiniz.

Dalga boyunu girin, λ = 0,6 mm
Foton enerjisi, E = 2.0667 eV

Foton akı yoğunluğu, birim zamanda birim yüzeyden geçen fotonların sayısıdır:

Işık tarafından üretilen elektronların sayısını ve dolayısıyla güneş pili tarafından üretilen akımın gücünü belirlemek için foton akı yoğunluğu gereklidir. Foton akı yoğunluğunun büyüklüğüne ek olarak, enerjilerini veya dalga boylarını bilmek de gereklidir. Foton akı yoğunluğu ve dalga boyu veya foton enerjisi biliniyorsa, o zaman her dalga boyu veya enerji için yüzey radyasyon akı yoğunluğunu hesaplamak mümkündür (yoğunluk - tek bir yüzey veya aydınlatma için - eğer Konuşuyoruz Belirli bir yüzey hakkında). Yüzey radyasyon akı yoğunluğu, foton akı yoğunluğunun bir fotonun enerjisiyle çarpılmasıyla elde edilir. Foton akı yoğunluğu, yüzeyde birim zamanda meydana gelen fotonların sayısı olduğundan, bunu bir fotonun enerjisiyle çarparak, birim zaman başına yüzeyde gelen enerjiyi, yani yüzey radyasyon akı yoğunluğunu elde ederiz. Foton enerjisi Joule cinsinden yazılırsa, yoğunluk W/m2 boyutunda olacaktır ve

burada f fotonların akışıdır.

Ф = 3e21 m-2s-1
Ef = 2 eV

Y = 961.2 W/m2

Bu denklemin bir sonucu, aynı radyasyon yoğunluğunu sağlamak için, düşük enerjili fotonların akı yoğunluğunun yüksek olanlara göre daha yüksek olması gerektiğidir. Animasyon, yüzeye çarpan mavi ve kırmızı fotonların ürettiği aynı radyasyon yoğunluğunu gösteriyor. Daha fazla enerjiye sahip oldukları için daha az mavi foton vardır.

F ile gösterilen bir fotonun dalga boyunun veya enerjisinin bir fonksiyonu olarak aydınlatmanın spektral yoğunluğu (parlaklık), aydınlatılmış bir yüzeyi (ışık kaynağı) tanımlamanın en yaygın yoludur. Belirli bir dalga boyu için yüzey radyasyon akı yoğunluğunu verir. Aydınlatmanın spektral yoğunluğunun birimleri - Wm-2μm-1. 1 Wm-2, λ(μm) dalga boyundaki yüzey radyasyon akı yoğunluğudur. Bu nedenle m-2, aydınlatılan yüzeyin (ışık kaynağı) alanını ve μm-1 ise ilgilenilen dalga boyunu ifade eder.

Güneş pillerini analiz ederken, çoğu durumda sadece foton akı yoğunluğunu değil, aynı zamanda aydınlatmanın spektral yoğunluğunu da bilmek gerekir. "Foton Akısı" bölümünde gösterildiği gibi, belirli bir dalga boyunda bir foton akışından elde edilebilir. Sonuç daha sonra verilen dalga boyuna bölünür:

nerede
F - Wm-2μm-1'de aydınlatmanın spektral yoğunluğu;
Ф - # foton cinsinden foton akı yoğunluğu m −2s-1
E ve λ, sırasıyla eV ve µm cinsinden foton enerjisi ve dalga boyudur ve q, h ve c sabitlerdir.

Sol eksende ksenon (yeşil çizgi), halojen (mavi) ve cıva (kırmızı) lambaların parlaklık spektral yoğunluğu, sağ eksende Güneş'in (pembe çizgi) spektral emisyonu ile karşılaştırmalı olarak grafikte gösterilmiştir.

Bir ışık kaynağının toplam (nesne aydınlatması) parlaklığı, aydınlatmanın spektral yoğunluğunun tüm dalga boyları veya ilgili enerjiler üzerine entegre edilmesiyle elde edilebilir. Bununla birlikte, çok sayıda durum için, aydınlatmanın spektral yoğunluğunun tam denklemi yazılamaz. Entegre etmek yerine, spektral aydınlık yoğunluğu her dalga boyu için ölçülür ve ardından tüm dalga boyları üzerinden toplanır. Toplam aydınlatmayı (parlaklık) belirlemek için aşağıdaki denklemi kullanabilirsiniz:

nerede
H, Wm -2 cinsinden ışık kaynağının (nesnenin aydınlatması) toplam parlaklığıdır.
F(λ) - Wm-2µm-1 cinsinden spektral emisyon
Δλ, dλ - dalga boyları