Muvozanat spektrida energiyaning taqsimlanishini tushuntirish termal nurlanish, Plank ko'rsatganidek, yorug'lik faqat qismlarda chiqariladi, deb faraz qilish kifoya.Fotoelektrik effektni tushuntirish uchun yorug'lik bir xil qismlarda yutiladi, deb faraz qilish kifoya. Biroq, Eynshteyn ancha oldinga bordi. U yorug'lik dastlab yorug'lik kvantlari deb ataladigan diskret zarrachalar shaklida tarqaladi, degan gipotezani ilgari surdi. Keyinchalik bu zarralar fotonlar deb ataldi.

Eynshteyn gipotezasining eng to'g'ridan-to'g'ri tasdig'i Bothe tajribasidan kelib chiqdi. Yupqa metall plyonka F (10.1-rasm) ikkita gaz tushirish hisoblagichi Cch orasiga qo'yildi (2-jildning § 82-bandiga qarang). Folga zaif nur bilan yoritilgan rentgen nurlari, uning ta'siri ostida u o'zi rentgen nurlari manbaiga aylandi (bu hodisa rentgen nurlanishi deb ataladi). Birlamchi nurning past intensivligi tufayli folga chiqaradigan kvantlar soni kichik edi.

Rentgen nurlari unga tushganda, hisoblagich ishladi va M maxsus mexanizmni harakatga keltirdi, u harakatlanuvchi L lentasida belgi qo'ydi. Agar nurlanish energiyasi to'lqin tasvirlaridan kelib chiqqan holda barcha yo'nalishlarda bir xilda tarqalsa, ikkala hisoblagich ham harakat qilishiga to'g'ri keladi. bir vaqtning o'zida ishlaydi va lentadagi belgilar bir-biriga qarama-qarshi tushadi. Aslida, belgilarning mutlaqo tasodifiy tartibi mavjud edi. Buni faqat alohida emissiya aktlarida yorug'lik zarralari paydo bo'lishi bilan izohlash mumkin, ular avval bir yo'nalishda, so'ngra boshqa yo'nalishda uchadi.

Shunday qilib, maxsus yorug'lik zarralari - fotonlarning mavjudligi eksperimental tarzda isbotlangan. Fotonning energiyasi uning chastotasi bilan belgilanadi:

Elektromagnit to'lqin impulsga ega (2-jildning § 108-bandiga qarang). Shunga ko'ra, foton ham impulsga ega bo'lishi kerak. Fotonning impuls momentini aniqlash uchun nisbiylik nazariyasi munosabatlaridan foydalanamiz. Tezlik bilan bir-biriga nisbatan harakatlanuvchi ikkita mos yozuvlar ramkasini ko'rib chiqing. O'qlarni bo'ylab yo'naltiramiz Foton bu o'qlar yo'nalishi bo'yicha uchib ketsin. Tizimlardagi foton energiyasi mos ravishda ga teng. Chastotalar va o'zaro bog'liqlik bilan bog'liq

(2-jildning 151-bandiga qarang). Binobarin,

K sistemadagi fotonning impuls momentini belgi bilan, K sistemada - belgisi bilan belgilaylik. Simmetriya mulohazalaridan kelib chiqadiki, fotonning impulsi o'q bo'ylab yo'naltirilishi kerak.Shuning uchun bir sanoq sistemasidan ikkinchisiga o'tganda energiya va impuls formula bo'yicha aylanadi.

(1-jildning (69.2) formulasiga qarang; biz teskari o'zgartirish formulasini yozdik va shuning uchun dan oldingi ishorani o'zgartirdik. Biz ko'rib chiqayotgan holatda (10.3) ga o'zgartirishimiz mumkin.

(10.2) va (10.3) formulalarni taqqoslashdan shunday xulosa kelib chiqadi

(o'rniga biz yozdik). Bu yerdan

1-jildning 71-§ida impuls va energiya o'rtasidagi bunday munosabat faqat c tezlikda harakatlanuvchi tinch massasi nolga teng bo'lgan zarralar uchun mumkinligi ko'rsatilgan. Shunday qilib, dan kvant nisbati va nisbiylik nazariyasining umumiy tamoyillari shundan kelib chiqadi

1) fotonning qolgan massasi nolga teng;

2) foton har doim c tezlik bilan harakat qiladi.

Bu shuni anglatadiki, foton mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan elektron, proton va boshqalar kabi zarralardan farq qiladigan, c dan kichik tezlikda va hatto tinch holatda ham harakatlanadigan maxsus turdagi zarradir.

(10.4) formuladagi chastotani to'lqin uzunligi bo'yicha almashtirib, biz foton impulsining ifodasini olamiz.

(- to'lqin raqami). Foton elektromagnit to'lqinning tarqalish yo'nalishi bo'yicha uchadi. Shuning uchun impuls va to'lqin vektorining yo'nalishlari k mos keladi. Shuning uchun (10.5) formula vektor ko'rinishda yozilishi mumkin:

Sirtga normal bo‘ylab uchayotgan fotonlar oqimi yorug‘likni yutuvchi sirtga tushsin. Agar fotonlarning zichligi bo'lsa, fotonlarning PS birligi vaqt birligida sirt birligiga tushadi. Yutilganda, har bir foton devorga impuls beradi.. ga koʻpaytirsak, biz birlik sirtga vaqt birligiga berilgan impulsni, yaʼni devorga yorugʻlik bosimini olamiz:

Mahsulot birlik hajmga o'ralgan fotonlarning energiyasiga teng, ya'ni elektromagnit energiyaning zichligi w ga teng. Shunday qilib, biz elektromagnit nazariyadan olingan bosim ifodasi bilan mos keladigan - w formulasiga keldik (2-jildning formulasiga (108.9) qarang). Devordan aks etgan foton unga impuls beradi. Shuning uchun, aks ettiruvchi sirt uchun bosim ga teng bo'ladi.

Elektromagnit maydonning fotonlar to'plami sifatidagi kontseptsiyasiga asoslanib, qora jismning emissiyasi va muvozanat nurlanish zichligi o'rtasidagi munosabatni olish oson.

Faraz qilaylik, muvozanatli nurlanish bilan to'ldirilgan bo'shliqning birlik hajmida fotonlar mavjud bo'lib, ularning chastotasi:

(3.4) formula bilan solishtiring).

Ushbu bobda biz yorug'lik zarrachalar oqimi (fotonlar) kabi harakat qiladigan bir qator hodisalarni ko'rib chiqdik. Biroq, yorug'likning interferensiyasi va diffraksiyasi kabi hodisalarni faqat to'lqin tushunchalari asosida tushuntirish mumkinligini unutmaslik kerak. Shunday qilib, yorug'lik korpuskulyar-to'lqinli dualizmni (ikkilikni) ochib beradi: ba'zi hodisalarda uning to'lqin tabiati namoyon bo'ladi va u elektromagnit to'lqin kabi harakat qiladi, boshqa hodisalarda yorug'likning korpuskulyar tabiati namoyon bo'ladi va u fotonlar oqimi kabi harakat qiladi. 18-§da biz to'lqin-zarracha ikkiligi nafaqat yorug'lik zarralariga, balki materiya zarralariga ham (elektronlar, protonlar, atomlar va boshqalar) xosligini ko'ramiz.

Keling, to'lqin va korpuskulyar naqsh qanday munosabatda ekanligini bilib olaylik. Bu savolga javobni sirtning yoritilishini ikkala nuqtai nazardan ham ko'rib chiqish orqali olish mumkin. To'lqin tushunchalariga ko'ra, sirtning biron bir nuqtasida yorug'lik yorug'lik to'lqini amplitudasining kvadratiga proportsionaldir. Korpuskulyar nuqtai nazardan, yorug'lik foton oqimining zichligiga proportsionaldir. Binobarin, yorug'lik to'lqini amplitudasining kvadrati va foton oqimi zichligi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri proportsionallik mavjud. Foton energiya va impuls tashuvchisidir. Energiya foton urilgan sirtdagi nuqtada chiqariladi. To'lqin amplitudasining kvadrati fotonning urilish ehtimolini aniqlaydi berilgan nuqta yuzalar.

Sirt sekundiga taxminan 2-1013 foton tushadi. Nisbiy tebranish ga teskari proportsionaldir kvadrat ildiz zarrachalar sonidan (1-jildning formulasiga (102.6) qarang). Shuning uchun foton oqimining belgilangan qiymatida tebranishlar ahamiyatsiz bo'lib chiqadi va sirt bir xilda yoritilgandek ko'rinadi.

Kuchsiz yorugʻlik oqimlarining tebranishlarini S. I. Vavilov va uning hamkorlari aniqlagan. Ular eng yuqori sezuvchanlik mintaqasida ko'z qorachig'iga sekundiga 200 ga yaqin foton tushganda yorug'likka reaksiyaga kirishishini aniqladilar. Bu intensivlikda Vavilov aniq statistik xarakterga ega bo'lgan yorug'lik oqimidagi tebranishlarni kuzatdi. To'g'ri, shuni yodda tutish kerakki, Vavilov tajribalarida kuzatilgan yorug'likni idrok etishdagi tebranishlar nafaqat yorug'lik oqimining tebranishlari, balki ko'zda sodir bo'ladigan fiziologik jarayonlar bilan bog'liq tebranishlar bilan ham bog'liq.

Nisbiylik nazariyasining “xamirturushi” asosida vujudga kelgan zamonaviy fizika metodologiyasi onglarning misli ko‘rilmagan tebranishiga va unga asoslangan ko‘plab ilmiy nazariyalarning paydo bo‘lishiga olib keldi, ko‘proq o‘rta asr sxolastikalarining fantaziyalariga o‘xshaydi.

Masalan, nisbiylik nazariyasini tanqid qilgani uchun jabr chekkan (u shunchaki masxara qilgan) professor Veynik talabalar uchun darslik bo‘lgan “Termodinamika”da shunday yozadi: “...kvant mexanikasining muhim kamchiligi bu rahbar g‘oyalarning yo‘qligidir. bu zarrachaning tuzilishini hukm qilish imkonini bergan edi. Natijada foton kabi oddiy elementar zarracha, istisnolar toifasiga kirdi (aftidan, bunga yorug'likning uzoq vaqt davomida to'lqin sifatida qaralganligi, shuningdek formulasi yordam bergan. E = mc 2 Eynshteyn). Aslida, foton elektron va boshqa elementar zarrachalardan printsipial jihatdan farq qilmaydi (buni fotosuratlardan baholash mumkin ...). Butun mikrokosmos va ularni boshqaradigan qonunlar haqida to'liq tasavvurga ega bo'lish uchun elektron yoki fotonning tuzilishini tushunish kifoya edi. Umumiy nazariyaga (Veynik - N.N.) ko'ra, elementar zarracha mikrozaryadlar ansamblidir. Ikkinchisiga quyidagilar kiradi: massa (moddalar), fazo (metronlar), vaqt (xrononlar), elektron, termon, Plank doimiysi va boshqalar. Turli xil elementar zarralar soni cheksiz ko'pdir."

Shunday qilib, biz fazo-vaqt, to'lqin-zarracha, noaniqlik printsipi, massa-energiya ekvivalenti va boshqa "ob'ektlar" termonlar, metronlar, xrononlar va moddalar ko'rinishidagi yangi hayvonlarni yaratishda davom etayotganini ko'ramiz. Fotosuratga kelsak, agar Veynikga kechasi avtomagistralning surati ko'rsatilsa, u xuddi shu tarzda fotosuratda fara izini qoldiradigan avtomobilning "banalligini" aniqlagan bo'lardi. "Aql uyqusi yirtqich hayvonlarni tug'diradi" (Goya).

"Barcha tabiat hodisalarining sababi mexanik tabiatning mulohazalari yordamida tushuniladi, aks holda fizikada biror narsani tushunish umididan voz kechish kerak." (Gyuygens "Nur haqida risola"). Xuddi shu fikr ichida turli xil variantlar turli davrlarning eng mashhur tadqiqotchilari va mutafakkirlari: Aristotel, Galiley, Nyuton, Guk, Dekart, d'Alember, Fresnel, Faraday, Helmgolts va boshqalar tomonidan ifodalangan. Shunday qilib, Maksvell o'zining "Elektr va magnetizm haqidagi risola"da shunday deb yozgan edi: "Hozirgi vaqtda biz moddiy moddaning kosmos bo'ylab uchishi yoki boshqa narsa bilan emas, balki vaqt ichida tarqalishini (o'zaro ta'sirlar - N. N.) tushuna olmaymiz. kosmosda allaqachon mavjud bo'lgan muhitdagi harakat yoki kuchlanish holati ... Darhaqiqat, energiya vaqt o'tishi bilan bir jismdan ikkinchisiga qanday o'tishidan qat'i nazar, energiya chiqib ketganidan keyin joylashgan muhit yoki modda bo'lishi kerak. bir jismga hali yetib bormagan... Binobarin, bu nazariyalarning barchasi (to'lqin, o'zaro ta'sir va elektromagnetizm - N.N.) tarqalish sodir bo'ladigan muhit tushunchasiga olib keladi va agar biz bu muhitni gipoteza sifatida qabul qilsak, men u bizning tadqiqotimizda muhim o'rin egallashi kerak, deb o'ylaymiz va uning harakatining aqliy tasvirini barcha tafsilotlarda yaratishga harakat qilish kerak; Bu mening ushbu risoladagi doimiy maqsadim edi.".

Keling, Veynikning so'zlariga ko'ra, fotonning paydo bo'lishini tasavvur qilishga harakat qilaylik: "hayajonlangan" elektron uchib, orbita bo'ylab uchib ketdi va to'satdan undan biron bir "banal mohiyat" ajralib chiqadi, buning uchun hech qanday sabab va asoslar yo'q. , elektronning tezligi va tsiklik chastotasidan qat'i nazar, uning tebranish chastotasini oladi (u olishi kerak bo'lgan energiya miqdorini hisoblab chiqqandan keyin?), Va massa - nima bo'ladi! Bu erda ta'sir sabablar tomonidan yaratilmaydi va jismoniy mulohazalar mantiq va mexanika qonunlari bilan qo'llab-quvvatlanmaydi. nimalar aqliy tasvirlar» Maksvell?!

Shunday qilib, Maksvell energiyani masofaga faqat ikki yo'l bilan uzatish mumkinligini ta'kidlaydi: materiya (massa) bilan birga yoki oraliq muhit orqali to'lqinlar bilan. Go'yoki maxsus turdagi materiyaning mavjudligi - elektromagnit maydon- fizikaga ilmiy bo'lmagan fikrlashning kirib borishi natijasi. Bu hatto kaloriya emas, u moddaning atomlari va molekulalarining tebranish energiyasini va shu bilan birga termal (elektromagnit) nurlanishni juda muvaffaqiyatli tasvirlab berdi. Bu tabiat sirlari oldida o‘z nodonligini, ojizligini yashirishga urinish, xolos.

Insoniyatning buyuk ongi bu topishmoq bilan qadimiy yunon, qadimgi arab, qadimgi hind va qadimgi xitoy mutafakkirlaridan boshlab, Nyuton, Guk, Gyuygensdan tortib, yorug‘likdan foydalanishda katta yutuqlarga erishgan zamonaviy tadqiqotchilargacha kurashmoqda. (lazerlar va boshqalar), ammo ularning yorug'likning mohiyati haqidagi bilimlari hali ham haqiqatdan juda uzoqdir.

Nyutonning yorug'lik tabiati haqidagi qarashlari juda ziddiyatli va nomuvofiq edi. U chinakam ilmiy tafakkurning asoschisi bo‘lsa-da, yetarlicha tajriba va kuzatish faktlarisiz ilmiy farazlarni ilgari surishdan qo‘rqish uni boshqa chegaraga olib keldi: fikrlashning cheklanishiga va xulosalarda izchillik yo‘qligiga. Shunday qilib, uning masofadagi jismlarning o'zaro ta'siri haqidagi qarashlari uni oraliq muhit mavjudligi haqidagi g'oyaga olib keldi; lekin yorug'likning tabiatini ko'rib chiqayotganda, u bu vositani faqat "bu efirning ta'sir qilish qonunlarini aniq aniqlash va ko'rsatish uchun etarli tajribalar mavjud emasligi" uchun rad etadi.

Albatta, uning davrida efirning xossalari va tarkibi haqidagi masala erta edi, chunki hatto optika, elektromagnetizm, atom va molekulyar fizika va boshqalar. Va bizning davrimizda ham atom yadrosi kabi fanlar va elementar zarralar hali ham "tumanda suzib yuradi". Efir haqida nima deyish mumkin - materiya tuzilishidagi keyingi qadam?

Biroq, efirning xususiyatlari haqidagi kuzatishlar, faktlar, tajribalar va bilimlar tobora ko'payib bordi va barcha buyuk va har qanday muhim nazariyalar faqat "uning harakatining aqliy qurilishi" tufayli paydo bo'ldi. Eynshteyn va Infeld uni nisbiylikning umumiy printsipi mavjudligi foydasiga olib tashlash mumkin bo'lgan nazariyalarni qurish uchun "o'rmonlar" deb atashgan. Ammo hozir tasavvur qilish qiyin, optika kabi fanlar va elektromagnit nazariya, agar nisbiylikning umumiy printsipi ulardan oldin paydo bo'lgan bo'lsa.

"To'lqinlar nazariyasi Nyutonning amal qilish nazariyasini o'z bashoratlarining benuqson sifat va miqdoriy aniqligi bilan mag'lub etdi" (S. Vavilov) va nafaqat bu. Birinchidan, yorug'lik tezligining manba tezligidan mustaqilligini chiqish nazariyasi bilan izohlab bo'lmaydi. Nyuton faqat fotonlarning tezligi manba tezligiga qo'shilishiga ishondi. Ikkinchidan, ekspiratsiya nazariyasi zichroq muhitda yorug'lik tezligining oshishini taxmin qilgan bo'lsa, Gyuygensning to'lqin nazariyasi bu tezlikning pasayishini taxmin qildi. Fizo va Fuko tomonidan o'tkazilgan zich muhitda tezlikni o'lchash bo'yicha bevosita tajribalar yorug'likning to'lqinli tabiatini tasdiqladi.

Yorug'likning to'lqin nazariyasi Faraday, Maksvell, Gerts, Lebedev va boshqa tadqiqotchilarning nazariy va eksperimental ishlari bilan tasdiqlangan. Misol uchun, Maksvell o'zining "Tritsa..." asarida shunday yozgan edi: "... yorug'lik muhiti yorug'lik orqali o'tganda, energiya qabul qiluvchisi bo'lib xizmat qiladi. DA to'lqin nazariyasi, Gyuygens, Fresnel, Young, Green va boshqalar tomonidan ishlab chiqilgan, bu energiya qisman potentsial va qisman kinetik hisoblanadi. Potensial energiya muhitning elementar hajmlarining deformatsiyasiga bog'liq deb hisoblanadi, ya'ni biz muhitni elastik deb hisoblashimiz kerak. Kinetik energiya shartli hisoblanadi tebranish harakati o'rta, shuning uchun biz muhit cheklangan zichlikka ega deb taxmin qilishimiz kerak. Ushbu risolada qabul qilingan elektr va magnitlanish nazariyasi energiyaning ikki turi - elektrostatik va elektrokinetik mavjudligini tan oladi va ular nafaqat jismlarda, balki atrofdagi kosmosning har bir qismida lokalizatsiya qilingan deb taxmin qilinadi. Shunday qilib, bizning nazariyamiz to'lqin nazariyasiga mos keladi, chunki ularning ikkalasi ham ikki turdagi energiya uchun joy bo'lishga qodir bo'lgan muhit mavjudligini taxmin qiladi. Shu bilan birga, Maksvell ham, Faraday ham keng ilmiy qarashlarga ega odamlar sifatida efir nafaqat yorug'likning to'lqin nazariyasi (elektrodinamizm), balki o'zaro ta'sirlarni uzatish uchun ham zarurligini ta'kidladilar. Bu juda muhim dalil "shohning yangi libosi" - fazo-vaqtning egri chizig'ini ko'rish zarurati natijasida zamonaviy tadqiqotchilar tomonidan hanuzgacha e'tibordan chetda qolmoqda.

Bu haqda hikoyachi Andersen shunday yozgan: "Ular o'zlarini mohir to'quvchi sifatida ko'rsatishdi va shunday ajoyib mato to'qishlari mumkinligini aytishdi, bu ajoyib xususiyatga ega - bu noto'g'ri joyda o'tirgan yoki aql bovar qilmaydigan ahmoq odamga ko'rinmas bo'lib qoladi. ... "Men ahmoq emasman, deb o'yladi muhtaram. Bu men noto'g'ri joyda ekanligimni anglatadimi? Mana sizga bittasi! Biroq, siz buni hatto ko'rsatolmaysiz! ”

S.Vavilov shunday deb yozgan edi: “Toʻlqin nazariyasi gʻalaba qozondi, goʻyo yakuniy gʻalaba... Lekin gʻalaba juda erta boʻlib chiqdi... Toʻlqin nazariyasi yorugʻlik taʼsirining kvant qonunlari oldida ojiz boʻlib chiqdi. "

Endi biz o'zimizga savol beramiz: ko'pchilikka qarshi bo'lgan birgina fakt olimlarning fikrini shunday keskin o'zgartirishi mumkinmi?! Ha, nurlanishning diskretligi bor; ha, foton monolit zarracha sifatida uchadi. Ammo havoda tovushning shunga o'xshash harakati mavjud emasmi? Yoki aksincha: elektromagnit to'lqinlarning harakati tovushga o'xshash emasmi?

Hertz va uning izdoshlari mulkni juda yaxshi ko'rishdi elektromagnit nurlanish muhitga uzatadi kosmosda lokalizatsiyalanmagan sferik to'lqinlar. (Aytgancha, ular zamonaviy yoritgichlar ta'kidlaganidek, kvantlashtirilmaydi, chunki ular elektronlarning bir orbitadan ikkinchisiga sakrashi natijasi emas, balki o'tkazgichdagi erkin elektronlarning tezlashtirilgan harakatidir). Uzoq elektromagnit to'lqinlarning bu xususiyati tufayli biz emitent atrofidagi sharning istalgan nuqtasidan televizor ko'ramiz va radio qabul qilgichni tinglaymiz. Biroq, elektromagnit to'lqinlarning chastotasi o'sish yo'nalishi bo'yicha ma'lum bir chegarani kesib o'tishi bilanoq, nurlanishning yo'nalishi paydo bo'ladi.

Xuddi shu narsa tovush bilan sodir bo'ladi. To'g'ri, tovushning bunday xususiyatlari yaqinda ultratovush ishlab chiqarish bilan bog'liq holda kashf etilgan. Ma'lum bo'lishicha, ultratovush to'lqinlari keskin yo'nalishga ega va ularni kosmosda lokalizatsiya qilingan zarralar deb hisoblash mumkin. "To'lqinlar nazariyasining nochorligi" uchun juda ko'p! Ma'lum bo'lishicha, har safar tadqiqotchilarning o'zlari biror narsani tushuntirishga ojiz bo'lib, buni klassik mexanikani ayblaydilar.

Feynman ko'rsatganidek, tebranish qonunlari chastotaga bog'liq, chunki muhitda sodir bo'ladigan jarayonlarning tabiati unga bog'liq. Biroq, uning o'zi faqat elastik to'lqindagi bosim va harorat adiabatik ravishda o'zgarganda tebranishlar tenglamasini chiqarish bilan kifoyalangan. Tadqiqotchilarning hech biri, shu jumladan Feynman, zarrachalarning o'rtacha erkin yo'liga nisbatan yuqori tebranish chastotalarini ko'rib chiqmagan, bu holda sodir bo'ladigan jarayonlar issiqlikning yutilishiga olib keladi. Bunday holda, alohida zarrachalarning harakat yo'nalishlarining taqsimlanishi tufayli tebranish sferik to'lqin orqali tarqalmasligi aniq. Uni faqat keskin yo'naltirish mumkin, chunki tebranishlar chastotasi zarrachalarning erkin yo'lining "chastotasi" dan kamroq.

Ultratovushning xususiyatlariga o'xshashlikdan kelib chiqadiki, mahalliylik to'lqin nazariyasiga mutlaqo zid emas. Bundan tashqari, havo metall kabi harakat qiladi va ultratovush ko'ndalang to'lqinlarga ega emasmi?

Joylashuvdan tashqari, fotonlar, radio to'lqinlaridan farqli o'laroq, ularning kelib chiqishi bilan bog'liq yana bir muhim xususiyatga ega: qat'iy dozalangan energiya. Atomlarning tuzilishi bilan bog'liq fotonlarning bu xususiyati elektromagnit to'lqinlarning butun spektriga tarqalmasligi kerak. Va bu erda, bundan tashqari, foton energiyasining xarakteristikasi sifatida Plank doimiysi so'nggi paytlarda fizikaning har bir bosqichida qilinganidek, kengroq ma'noda ko'rib chiqilmasligi kerak. Plank doimiysi vaqt, makon va massaning diskretligi bilan hech qanday aloqasi yo'q.

Foton energiyasini qat'iy dozalash munosabati bilan yangi fan - kvant mexanikasi paydo bo'ldi, unda boshidan to hozirgi kungacha bir nechta hal etilmagan muammolar mavjud. Birinchisi: nega atom elektronlari aylana yoki elliptik orbita bo'ylab harakatlansa ham, markazga yo'naltirilgan tezlanishni boshdan kechirsa ham, fotonlarni chiqarmaydi? Ikkinchidan: fotonlarning emissiya va yutilish mexanizmi qanday?

Birinchi savol barcha darsliklarda takrorlanadigan noto'g'ri tushuncha bilan bog'liq va ilmiy maqolalar yoqilgan kvant mexanikasi. Masalan, Semenchenkoning "Nazariy fizikaning tanlangan boblari" da biz o'qiymiz: "Elektronlar yadro atrofida uzoq vaqt harakatlana olmaydi, chunki klassik elektrodinamika qonunlariga ko'ra, tez harakatlanuvchi har qanday elektron elektromagnit energiya chiqaradi. Shu bilan kinetik energiya elektron kamayadi va oxirida u yadroga tushishi kerak. Va Kagorodskiy hatto "Fizika hamma uchun" da elektronning yadroga tushish vaqtini hisoblab chiqdi - soniyaning yuzdan bir qismi!

Men o'quvchidan uchta shartdan iborat klassik elektrodinamikaning Weber tenglamasiga qarashni so'rayman. Birinchi atama - Kulon qonuni, ikkinchisi - potentsial kechikish natijasida o'zaro ta'sir kuchining o'zgarishi, uchinchisi - bizning radiatsiya mavzusiga tegishli. Bu erda biz Weber formulasini o'z ichiga olganligini ko'ramiz masofa skalyar o'zaro ta'sir qiluvchi zarralar o'rtasida. Bu shuni anglatadiki, yadro va elektron orasidagi doimiy masofada birinchi va ikkinchi hosilalar nolga teng. Shuning uchun, bu holda, potentsial kechikish bo'lmasligi kerak va radiatsiya. Bu shuni anglatadiki, har bir tez harakatlanuvchi elektron energiya chiqarmaydi. Aylana orbita bo'ylab harakatlanayotgan elektron nurlanmasligi kerak! Ajablanarlisi shundaki, bunday muhim xato qancha vaqtgacha e'tibordan chetda qolmoqda!

Ikkinchi savolning yechimi Gyuygens tomonidan taklif qilingan. U shunday taklif qildi: "Yorug'lik jismlarning harakatlanuvchi zarralari efir zarralariga ta'sir qiladigan zarbalar tufayli paydo bo'ladi". To'lqin uzunliklari uchun de Broyl munosabati paydo bo'lishidan oldin, Gyuygensning bu iborasi "havoda osilgan"dek tuyuldi. De Broyl munosabati munosabatlarning o'zi ham, de Broyl to'lqinlari natijasida fotonlarning paydo bo'lishining sabablarini o'rganish uchun asos bo'lishi kerak edi. Biroq, Born, Geyzenberg va Bor tomonidan qilingan kvant mexanikasining noaniqligi haqidagi xulosa, shuningdek, Eynshteyn tomonidan qilingan efirni rad etish fiziklarni bu muammodan uzoqlashtirdi.

Ko'rinib turibdiki, de-Broyl to'lqinlari zarrachalarning "surish" harakatining haqiqiy jarayoni bo'lib, uning sababi potentsialning bir xil bo'lmagan kechikishi, foton esa mahalliy (keskin yo'naltirilgan) efir segmenti deb taxmin qilish kerak. to'lqinlar, boshida va oxirida bir oz boshqacha tebranish chastotasiga ega (kenglik spektral chiziq), bu elektron bir barqaror orbitadan ikkinchisiga sakrashda tezligining sekinlashishi bilan bog'liq.

Potensialning bir xil bo'lmagan kechikishi natijasida zarrachalarning yugurish harakati kvant mexanikasining boshqa masalalari - elektronning barqaror diskret orbitalarining mavjudligini hal qilishi mumkin. Barqaror orbitalar, ko'rinishidan, tsiklik va zarba tebranishlarining rezonansi natijasidir.

Shunday qilib, pravoslav relyativistlarning klassik fizikaga, efirga, mexanik qarashlarga, sabablarga va yorug'likning to'lqinli tasvirlariga qaytish yo'qligi va bo'lishi mumkin emasligi haqidagi ko'plab illatlariga qaramay, biz buni qilishimiz kerak, aks holda "biz buni qilishimiz kerak. fizikada biror narsani tushunishga umidingizni uzing"

Adabiyot:

1. A.I. Veynik. Termodinamika. magistratura, Minsk, 1968 yil, 434-bet.
2. X. Gyuygens. Nur haqida risola. Leiden, 1703. Tarji. latdan. shanba kuni. ed. G.M. Golin va S.R. Filonovich «Fizika fanlari klassikasi», Oliy maktab, 1989 yil, 131-140-betlar.
3. J. K. Maksvell. Elektr va magnitlanish haqidagi risola, 1, 2-jild, Oksford, 1873. Per. ingliz tilidan. Fan, M., 1989 yil.
4. I. Nyuton. Optika yoki yorug'likning aks etishi, sinishi, egilishi va ranglari haqidagi risola. London, 1706. Trans. latdan. ed. G.S. Landsberg, Gostekhizdat, Moskva, 1981 yil.
5. S.I. Vavilov. Ko'z va quyosh. Fan, M., 1976 yil.
6. G. Xertz. Juda tez elektr tebranishlarida. Ann. der Ph., b. 31, s. 421...448. Per. u bilan. shanba kuni. ed. G.M. Golin va S.R. Filonovich "Fizika fanlari klassikasi", Oliy maktab, 1989 yil.
7. G. Xertz. Havodagi elektrodinamik to'lqinlar va ularning aks etishi haqida. Ann. der Ph., b. 34, s. 609...623. Per. u bilan. shanba kuni. ed. G.M. Golin va S.R. Filonovich "Fizika fanlari klassikasi", Oliy maktab, 1989 yil.
8. R. Feynman, R. Layton, M. Sands. Feynman ma'ruzalari fizikada. Per. Ingliz tilidan, 3, 4-jild, Mir, M., 1976, 391...398-betlar.
9. VC. Semenchenko. Nazariy fizikaning tanlangan boblari. “Ma’rifat”, M., 1966, 131-bet.
10. A.I. Kitaygorodskiy. Fizika hamma uchun, 3-jild (Elektronlar), Nauka, M., 1979.

"Qozog'iston fani" No 5 (65), 1996 yil 1 ... 15 mart

Har bir daqiqada Yer insoniyatni kelgusi bir necha yil davomida ta'minlash uchun etarli miqdorda quyosh energiyasini oladi.

Biz har kuni ko'radigan yorug'lik Quyoshdan keladigan va Yerga tushadigan barcha radiatsiyalarning faqat bir qismidir. Quyosh nuri elektromagnit nurlanishning bir shaklidir va bizning ko'zlarimiz ko'radigan yorug'lik o'ngdagi rasmda ko'rsatilgan butun elektromagnit spektrning faqat kichik bir qismidir. Elektromagnit spektr yorug'likning o'ziga xos xususiyatini aks ettiradi to'lqin xususiyatlari: Yorug'likni to'lqin uzunligi kabi turli xususiyatlarga ega to'lqinlar to'plami sifatida tasvirlash mumkin.

Birinchi marta yorug'likning to'lqin tushunchalari 19-asrning boshlarida paydo bo'ldi. Young, Arago va Fresnel tajribalari yorug'lik nurlarida interferentsiya effektlari mavjudligini ko'rsatdi, bu yorug'likning to'lqinlardan iboratligini ko'rsatdi. 60-yillarning oxiriga kelib ko'rinadigan yorug'lik butun elektromagnit spektrning bir qismi sifatida ifodalanadi. Biroq, 19-asrning oxirida to'lqinlar nazariyasida ma'lum qiyinchiliklar paydo bo'ldi: to'lqin tenglamalari qizdirilgan jismlarning nurlanish spektrini o'lchash bo'yicha tajribalar natijalarini tushuntirib bera olmadi. Bu qarama-qarshilik 1900 yilda Maks Plank tomonidan hal qilindi. va 1905 yilda Albert Eynshteyn. Plank yorug'likning barcha energiyasini ajratib bo'lmaydigan elementlarning energiyalari - energiya kvantlaridan iborat deb taklif qildi. Fotoelektr effektini (yorug'lik ta'sirida ayrim metallar va yarim o'tkazgichlardan elektronlarning ajralib chiqishi) o'rganish jarayonida Eynshteyn energiya kvantlarining kattaligini to'g'ri aniqlay oldi. Ushbu kashfiyot uchun Plank va Eynshteyn oldi Nobel mukofotlari mos ravishda 1918 va 1921 yillarda. Ularning ishining asosiy natijasi yorug'likni "paketlar" yoki energiya zarralari - fotonlar to'plami sifatida tasvirlash mumkinligini tushunish edi.

Bugungi kunda kvant mexanikasi apparati yorug'likning to'lqin va korpuskulyar tabiatini tushuntirish uchun ishlatiladi. Kvant mexanikasida foton boshqa barcha kvant mexanik zarralari (elektronlar, protonlar va boshqalar) bilan birga "to'lqin paketi" sifatida eng aniq tasvirlangan. To'lqinlar paketi - bu fazoviy lokalizatsiya qilingan (cheksiz sonli sinus to'lqinlarning qo'shilishi natijasida hosil bo'lgan kvadrat to'lqinga o'xshash) yoki oddiy to'lqin kabi o'zaro ta'sir qilishi mumkin bo'lgan to'lqinlar to'plami. Agar to'lqin paketi fazoviy lokalizatsiya qilingan bo'lsa, u zarracha kabi harakat qiladi. Shuning uchun, vaziyatga qarab, foton o'zini zarracha yoki to'lqin shaklida namoyon qilishi mumkin. Ushbu kontseptsiya to'lqin-zarracha dualligi deb ataladi. PVCDROM-da biz to'lqin paketini quyidagicha chizdik:

Yorug'lik xususiyatlarining to'liq fizik tavsifi uning kvant mexanik tahlilini talab qiladi, chunki fotonlar kvant mexanik zarralarining bir turidir. Odatda, quyosh batareyasining ishlashini tushunish uchun bu tafsilotlarga kirish shart emas, shuning uchun biz kvant mexanikasiga faqat bir nechta satrlarni bag'ishladik. Ba'zi hollarda (xayriyatki, kamdan-kam hollarda PV tizimlarini o'z ichiga oladi), yorug'lik bu erda keltirilgan qisqa tushuntirishlardan boshqacha harakat qilishi mumkin. Uning xatti-harakati "sog'lom fikr" ga zid bo'lishi mumkin, bu bizning kundalik kuzatishlarimiz va his-tuyg'ularimizga tegishli. Kvant mexanik ta'sirlar inson idrokidan tashqarida mavjud bo'lganligi sababli, ularga umumiy tushunchalarni qo'llash mumkin emas. Ko'proq ma'lumot uchun to'liq ma'lumot Yorug'lik tabiatini zamonaviy tushunish uchun Richard Feynmanning kitoblariga murojaat qiling.

Erdagi quyosh radiatsiyasi hodisasi PV konvertor yoki boshqa ob'ektlar bilan qanday o'zaro ta'sir qilishini aniqlash uchun muhim bo'lgan ba'zi bir asosiy xususiyatlarga ega. Bu xususiyatlar quyidagilardir:

Tushgan nurlanishning spektral tarkibi
- quyosh nurlanishining intensivligi
- quyosh nurlanishining fotovoltaik modulga tushish burchagi
- ma'lum bir sirtga tushadigan quyosh radiatsiyasi energiyasining yillik yoki kunlik miqdori

Ushbu bobning oxirida siz yuqoridagi barcha tushunchalardan xabardor bo'lasiz.

Foton to'lqin uzunligi l yoki shu to'lqin uzunligiga ekvivalent energiya bilan tavsiflanadi, E bilan belgilanadi. Ular o'zaro bog'langan.

nisbat:

Bu erda h - Plank doimiysi, c - yorug'lik tezligi. Ushbu va boshqa tez-tez ishlatiladigan konstantalarning qiymatlari ushbu sahifada keltirilgan.

Foton energiyasi to'lqin uzunligiga teskari proportsional bo'lgani uchun, yuqori energiyali fotonlar, masalan, ko'k yorug'lik fotonlari, past energiyali qizil yorug'lik fotonlariga qaraganda qisqaroq to'lqin uzunliklariga ega.

Fotonlar va elektronlarning energiyasini tasvirlash uchun joul o'rniga elektron-volt (eV) deb ataladigan energiya birligidan foydalanish qulayroqdir. 1 elektron volt energiyaga teng bir elektron uchun 1 Volt, 1 eV = 1,602 × 10-19 J potentsial farqi bilan yaratilgan maydonni engish uchun zarur.

Agar fotonning energiyasi elektron voltda (eV) va to'lqin uzunligi mikrometrda (mkm) yozilsa, avvalgi tenglama quyidagicha yozilishi mumkin.

Elektromagnit spektrning istalgan qismida mos keladigan foton energiyasini topish uchun to'lqin uzunligi xaritasi yoki kalkulyatordan foydalanishingiz mumkin.

To'lqin uzunligini kiriting, l = 0,6 mm
Foton energiyasi, E = 2,0667 eV

Foton oqimining zichligi vaqt birligida birlik sirtidan o'tadigan fotonlar soni:

Foton oqimining zichligi yorug'lik tomonidan yaratilgan elektronlar sonini va shuning uchun quyosh xujayrasi tomonidan ishlab chiqarilgan oqimning kuchini aniqlash uchun kerak. Foton oqimi zichligining kattaligidan tashqari, ularning energiyasi yoki to'lqin uzunligini ham bilish kerak. Agar foton oqimining zichligi va to'lqin uzunligi yoki foton energiyasi ma'lum bo'lsa, unda har bir to'lqin uzunligi yoki energiya uchun sirt radiatsiya oqimining zichligini hisoblash mumkin (intensivlik - bitta sirt yoki yorug'lik uchun - agar gaplashamiz berilgan sirt haqida). Yuzaki nurlanish oqimi zichligi foton oqimining zichligini bitta foton energiyasiga ko'paytirish orqali olinadi. Foton oqimining zichligi vaqt birligida sirtga tushayotgan fotonlar soni bo'lganligi sababli, uni bir foton energiyasiga ko'paytirsak, biz vaqt birligida sirtga tushayotgan energiyani, ya'ni sirt nurlanish oqimining zichligini olamiz. Agar foton energiyasi Joulda yozilsa, intensivlik Vt/m2 va

Bu erda f - fotonlar oqimi.

F = 3e21 m-2s-1
Eph = 2 eV

H = 961,2 Vt / m2

Ushbu tenglamaning natijalaridan biri shundaki, bir xil nurlanish intensivligini ta'minlash uchun yuqori energiyaga qaraganda past energiyali fotonlarning oqim zichligi yuqori bo'lishi kerak. Animatsiya ko'k va qizil fotonlarning sirtga tushishi natijasida hosil bo'lgan nurlanishning bir xil intensivligini ko'rsatadi. Ko'k rangli fotonlar kamroq, chunki ular ko'proq energiyaga ega.

Yoritishning spektral zichligi (yorug'lik), to'lqin uzunligi yoki foton energiyasining funktsiyasi sifatida, F bilan belgilangan, yoritilgan sirtni (yorug'lik manbai) tasvirlashning eng keng tarqalgan usuli hisoblanadi. U ma'lum bir to'lqin uzunligi uchun sirt radiatsiya oqimining zichligini beradi. Yoritishning spektral zichligi birliklari - Wm-2mm-1. 1 Vtm-2 - l (mkm) to'lqin uzunligidagi sirt nurlanish oqimining zichligi. Shuning uchun, m-2 yoritilgan sirt (yorug'lik manbai) maydoniga va mkm-1 qiziqish uyg'otadigan to'lqin uzunligiga ishora qiladi.

Quyosh xujayralarini tahlil qilishda ko'p hollarda nafaqat foton oqimining zichligini, balki yorug'likning spektral zichligini ham bilish kerak. Uni "Foton oqimi" bo'limida ko'rsatilganidek, ma'lum bir to'lqin uzunligidagi fotonlar oqimidan olish mumkin. Keyin natija berilgan to'lqin uzunligiga bo'linadi:

qayerda
F - yorug'likning spektral zichligi Wm-2mm-1;
F - # fotondagi foton oqimi zichligi m −2s-1
E va l mos ravishda eV va mkmdagi foton energiyasi va to'lqin uzunligi, q, h va c esa doimiydir.

Chap o'qdagi ksenon (yashil chiziq), halogen (ko'k) va simob (qizil) lampalarning spektral yorqinligi o'ng o'qdagi Quyoshning (pushti chiziq) spektral emissiyasi bilan taqqoslaganda grafikda ko'rsatilgan.

Yorug'lik manbasining umumiy (ob'ektning yoritilishi) yorqinligini barcha to'lqin uzunliklari yoki qiziqish energiyalari bo'yicha yorug'likning spektral zichligini integratsiyalash orqali olish mumkin. Biroq, ko'p holatlar uchun yorug'likning spektral zichligi uchun aniq tenglamani yozib bo'lmaydi. Birlashtirish o'rniga, spektral yorug'lik zichligi har bir to'lqin uzunligi uchun o'lchanadi va keyin barcha to'lqin uzunliklari bo'yicha yig'iladi. Umumiy yoritishni (yorqinlikni) aniqlash uchun siz quyidagi tenglamadan foydalanishingiz mumkin:

qayerda
H - yorug'lik manbasining umumiy yorqinligi (ob'ektning yoritilishi) Wm -2 da
F(l) - Wm-2µm-1 da spektral emissiya
Dl, dl - to'lqin uzunliklari