Τι αναμένει ο επιστήμονας που χρησιμοποιεί την κλασική Νεύτωνα να παρατηρήσει κατά τη διάρκεια ενός φωτοηλεκτρικού αποτελέσματος;
Κλασική πρόβλεψη φυσικής:
* Η ενέργεια είναι συνεχής: Η Newtonian Physics υποθέτει ότι η φωτεινή ενέργεια είναι συνεχής, που σημαίνει ότι μπορεί να απορροφηθεί σε οποιαδήποτε ποσότητα από ένα ηλεκτρόνιο.
* Η ένταση καθορίζει την ενέργεια: Η κλασική φυσική προβλέπει ότι η ένταση του φωτός (φωτεινότητα) καθορίζει άμεσα την ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρόνων. Ένα φωτεινότερο φως θα παρέχει περισσότερη ενέργεια στα ηλεκτρόνια, οδηγώντας σε υψηλότερη κινητική ενέργεια και ένα ισχυρότερο ρεύμα.
* Χωρίς συχνότητα κατωφλίου: Δεν θα υπήρχε συγκεκριμένη ελάχιστη συχνότητα φωτός που απαιτείται για την εξαγωγή ηλεκτρόνων. Ακόμη και πολύ χαμηλή συχνότητα, εάν είναι αρκετά έντονη, θα πρέπει να παρέχει αρκετή ενέργεια για να ξεπεραστεί η λειτουργία εργασίας (τα ηλεκτρόνια δέσμευσης ενέργειας στο μέταλλο).
Τι παρατηρείται πραγματικά:
* Κοσυμμένη ενέργεια: Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα καταδεικνύει ότι η φωτεινή ενέργεια κβαθεί, που σημαίνει ότι έρχεται σε διακριτά πακέτα που ονομάζονται φωτόνια. Κάθε φωτόνιο έχει σταθερή ενέργεια που προσδιορίζεται από τη συχνότητα του (E =Hν, όπου το H είναι σταθερά και ν είναι η συχνότητα).
* Η συχνότητα καθορίζει την ενέργεια: Η κινητική ενέργεια των εκπομπών ηλεκτρονίων εξαρτάται από τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός, όχι της έντασής του. Το υψηλότερο φως συχνότητας (μικρότερο μήκος κύματος) έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων.
* Συχνότητα κατωφλίου: Υπάρχει μια ελάχιστη συχνότητα (η συχνότητα κατωφλίου) κάτω από την οποία δεν εκπέμπονται ηλεκτρόνια, ανεξάρτητα από την ένταση του φωτός.
Η διαφορά:
Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα αντιφάσκει άμεσα με την κλασσική φυσική της Νευτώνας. Η παρατηρούμενη συμπεριφορά μπορεί να εξηγηθεί μόνο από την κβαντική φύση του φωτός, όπου το φως αποτελείται από διακριτά πακέτα ενέργειας (φωτόνια) και η μεταφορά ενέργειας συμβαίνει με κβαντοποιημένο τρόπο.
Συνοπτικά, η κλασική φυσική της Νευτώνας θα προβλέπει μια συνεχή, εξαρτώμενη από την ένταση μεταφορά της φωτεινής ενέργειας, οδηγώντας σε εκπομπές ηλεκτρονίων ανεξάρτητα από τη συχνότητα. Στην πραγματικότητα, το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα καταδεικνύει την κβαντισμένη φύση του φωτός και την ύπαρξη συχνότητας κατωφλίου για εκπομπή ηλεκτρονίων.
