Πώς συμπεριφέρεται το φως σαν q ρεύμα σωματιδίων;
Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα
* Το πείραμα: Λάμπει φως σε μια μεταλλική επιφάνεια. Εάν το φως έχει αρκετή ενέργεια, τα ηλεκτρόνια εκτοξεύονται από το μέταλλο.
* Το πρόβλημα: Η θεωρία των κλασικών κυμάτων προέβλεψε ότι η ένταση του φωτός θα πρέπει να καθορίσει πόσα ηλεκτρόνια εκτοξεύονται και ότι οποιαδήποτε συχνότητα φωτός θα πρέπει τελικά να είναι σε θέση να εκτοξεύει ηλεκτρόνια.
* Λύση του Einstein (1905): Το φως συμπεριφέρεται σαν να είναι κατασκευασμένο από μικροσκοπικά πακέτα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Η ενέργεια ενός φωτονίου είναι ανάλογη με τη συχνότητα του φωτός (e =hf, όπου e είναι ενέργεια, H είναι σταθερά του Planck και F είναι συχνότητα).
* Παρατήρηση κλειδιού: Η συχνότητα * του φωτός καθορίζει αν τα ηλεκτρόνια εκτοξεύονται, όχι η ένταση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ενέργεια ενός φωτονίου σχετίζεται άμεσα με τη συχνότητα του. Μόνο φωτόνια με αρκετή ενέργεια για να ξεπεραστούν η "λειτουργία εργασίας" του μετάλλου (η ενέργεια που απαιτείται για την απελευθέρωση ενός ηλεκτρονίου) μπορεί να εξαφανίσει ηλεκτρόνια.
Άλλα στοιχεία για το φως ως σωματίδια:
* Compton Scattering: Οι ακτίνες Χ διασκορπίζονται από τα ηλεκτρόνια και οι διάσπαρτες ακτίνες Χ έχουν μεγαλύτερο μήκος κύματος από τις ακτίνες Χ περιστατικού. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί λαμβάνοντας υπόψη τα φωτόνια ακτίνων Χ ως σωματίδια που συγκρούονται με τα ηλεκτρόνια.
* ακτινοβολία μαύρου σώματος: Αυτό το φαινόμενο περιγράφει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από ένα θερμαινόμενο αντικείμενο. Η κλασσική φυσική απέτυχε να εξηγήσει το σχήμα του φάσματος του μαύρου σώματος, αλλά ο Planck το εξήγησε επιτυχώς υποθέτοντας ότι η ενέργεια της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας κβαντίστηκε, πράγμα που σημαίνει ότι υπήρχε σε διακριτά πακέτα.
* Παραγωγή ζεύγους: Τα φωτόνια υψηλής ενέργειας μπορούν να μετατραπούν σε ηλεκτρόνιο και σε ποζιτρονίου (αντι-ηλεκτρόνιο). Αυτό καταδεικνύει ότι η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε ύλη, υποστηρίζοντας περαιτέρω τη φύση των σωματιδίων του φωτός.
δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το φως δεν συμπεριφέρεται πάντα σαν ρεύμα σωματιδίων, ούτε συμπεριφέρεται πάντα σαν κύμα. Το φως παρουσιάζει τόσο ιδιότητες που μοιάζουν με σωματίδια όσο και κύματα, μια έννοια που ονομάζεται δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου. Αυτή είναι μια θεμελιώδης αρχή στην κβαντική μηχανική.
Σκεφτείτε το έτσι:
Το φως είναι σαν ένα χαμαιλέοντα, αλλάζοντας την "εμφάνισή του" ανάλογα με την κατάσταση. Μερικές φορές ενεργεί σαν κύμα, μερικές φορές ενεργεί σαν σωματίδιο. Δεν είναι το ένα ή το άλλο. Είναι ταυτόχρονα ταυτόχρονα.
