Natura cuantică a luminii

Natura cuantică a luminii. Proprietățile Wave ale luminii, obna? prezintă o la fenomene de interferență și difracție și korpusku? proprietăți polare ale luminii care apar în efectul fotoelectric și EFF? defecte par Compton exclud reciproc. Dar astfel de contradicții au existat doar în clasice? fizica. Teoria cuantică este pe deplin explicată cu o singură voce toate proprietățile luminii. O trăsătură caracteristică a teoriei cuantice a luminii este explicația tuturor fenomenelor, inclusiv cele? Anumite până acum păreau să fie explicabile numai din punctul de vedere al teoriei valurilor. De exemplu, fenomenele de interferență și difracție a luminii, teoria cuantică descrie rezultatul redistribuției fotonilor în spațiu.

distribuția foton în raze de lumină în interferență și difracție este descrisă prin legi statistice, care dau aceleași rezultate ca teoria ondulatorie. Cu toate acestea, triumful teoriei cuantice moderne pentru a explica toate fenomenele de lumină? Nij nu înseamnă că nu există valuri în natură.

Wave proprietăți ale electronului. abandonarea completă a reprezentărilor val cu privire la natura luminii interfera cu nu numai puterea de tradiție, confort și dificultatea de teoria ondulatorie a teoriei cuantice moderne. Există o cauză mai gravă. În 1924, fizicianul francez Lui De Mademoiselle B Roy și-a exprimat în primul rând ideea că manifestarea simultană a corpuscular și a valurilor de proprietăți nu numai lumină, ci și la orice Dru? Goma Material obiect. Această idee a fost doar teoretic? TION ipoteză, deoarece la acel moment știința nu experiment? fapte mentale care ar confirma existența proprietăților de undă ale particulelor elementare și atomi. Această diferență semnificativă Coll? Luciano între ipoteza de Broglie despre proprietățile val de particule de la ipoteza existenței fotografiei lui Einstein? lumină nouă, care îi sunt prezentate după descoperirea efectului fotoelectric.

Ipoteza existenței undelor de materie de Broglie a fost detaliat developm? a, și a primit de la anchetă ei ar putea fi supuse verificării experimentale. Ipoteza de bază de Broglie rezidă în faptul că orice obiect material are proprietăți de undă și lungimea de undă este legată de impuls același ka sale raportul? Kim legat lungimea luminii? urlând val și impulsul de fotoni. Să ne găsim o expresie referitoare fotografie impuls? p la lungimea de undă a luminii. Impulsul fotonului este determinat prin formula:

putem determina masa unui foton:

Având în vedere acest lucru, este posibil să se transforme formula dupa cum urmeaza:

De aici obținem pentru formula lungimii de undă de lumină:

Dacă această expresie este adevărat, după cum a sugerat de Broglie, pentru orice obiect material, greutatea corporală a lungimii de undă? Soi T se deplasează cu viteza v. Acesta poate fi găsit după cum urmează:

Prima confirmare experimentală a ipotezei de Broglie perie în 1927, independent de KD american fizicieni Davisson și L. Germer și X. fizicianul englez D. P. Tomson. Davisson și Germer a studiat reflexia unui electron? grinzi de la suprafața cristalelor cu Koto de configurare? Roy este prezentat în Figura 1. mutarea receptorului Construit? Noul arc de cerc al cărui centru este în punctul Pade? a fasciculului de electroni pe cristal, au descoperit o dependență complexă a intensității fasciculului reflectat din colțul din Fig. 2. Reflectarea radiații numai la anumite unghiuri însemnând? Este că această radiație este un proces val și reflectarea ei selectivă este un rezultat al difracției pe rețeaua cristalină a atomilor. Pentru valorile cunoscute ale zabrele unghiului d și difracția constantă poate fi un maxim de ecuații Wulff - Bragg

calcula lungimea de undă a radiației difractate și fap răsuciți-l la lungimea de undă de Broglie a electronului. tu?
numeric de cunoscut U. tensiune de accelerare

Astfel calculate din datele experimentale valoarea lungimii de undă cu lungimea de undă a coincis de Broglie.

Rezultate interesante ale unui alt experiment în care fasciculul de electroni este direcționat într-un singur cristal, dar locația este la? receptor, iar cristalul nu este schimbat. La schimbarea tensiunii de accelerare m. Viteza dependență E. Electron a curentului prin galvanometru de tensiune de accelerare au forma prezentată în Figura 3. Fasciculul de electroni experimenta reflexie la vitezele cele mai eficiente ale particulelor care îndeplinesc? Vorya - starea vârfului de difracție.

Experimentele ulterioare au confirmat pe deplin regulile? a ipotezei de Broglie și utilizarea ecuației? (6) pentru a calcula lungimea de undă, legate de orice obiect material. Descoperit nu numai elementul de difracție? Particulele Tary (electroni, protoni, neutroni), dar și atomi.

Calculul lungimii de undă de Broglie pentru o varietate de obiecte materiale, puteți înțelege de ce nu observăm în viața de zi cu zi a proprietăților val ale corpurilor din jurul nostru. lungimile de undă lor sunt atât de mici, încât manifestarea proprietăților val nu pot fi detectate. Astfel, pentru un glonț cântărind 10 g, se deplasează cu o viteză de 660 m / s, lungimea de undă de Broglie este:

difracție de electroni pe o rețea de lagăr de nichel de cristal? vitsya apreciabilă numai la astfel de viteze de deplasare a electronilor sub care lor de Broglie lungime de undă devine comparabilă? mea cu constanta zăbrele.

În aceste condiții, modelul de difracție obținută prin fascicul de electroni devine ca? Modelul de difracție a clorhidric fascicul de raze X, cu aceeași lungime de undă. Figura 4 prezintă fotografii ale difracției? modele observate ționale atunci când trece fasciculul de lumină (a) și cu fascicul de electroni (b) de la marginea ecranului.

Ipoteza de Broglie și atom Bohr. Ipoteza undei, atunci când? electroni mod posibil pentru a da o nouă explicație a fundamental stările staționare în atomi. Pentru a înțelege această explicație, mai întâi efectuați calculul lungimii de undă de Broglie a unui electron se deplasează într-o orbită circulară a permis mai întâi un atom de hidrogen. Substituind în ecuația (6), expresia? viteza electronului în prima orbită circulară, obținem:

Acest lucru înseamnă că, situată în primul starea de echilibru a atomului de hidrogen, electronul de Broglie lungime de undă este exact egală cu lungimea orbitei sale circulare! Pentru orice altă orbită cu un număr n secvență obținem:

Acest rezultat ne permite să-și exprime postulatul Bohr al staționare? Statele -stationary în această formă: un electron se învârte în jurul nucleului pe termen nelimitat, fără radiază energie, în cazul în care orbita sa? sunt un număr întreg de lungimi de undă de Broglie.

O astfel de formulare a postulat al lui Bohr se combină? de la adoptarea prezenței val de electroni și corpul? proprietăți -molecular, reflectând natura sa duală. Conectează-te? de corpuscular și val proprietăți în acest PROIS postulat? mersul pe jos, deoarece, atunci când se calculează ispol'uet lungime de undă de electroni? Viteza de modul zuetsya. obținut prin calcularea ca mișcarea de electroni a particulelor încărcate de-a lungul unei orbite circulare de rază r.

Interconversii de lumină și materie. unicitatea profundă? în două forme diferite ale materiei - o substanță sub formă de diferite particule elementare și câmpuri electromagnetice sub formă de fotoni - nu se găsește numai în natura duală undă-particulă de obiecte fizice, dar mai ales în faptul că toate particulele și fotonii cunoscute reciproc transformabilitate.

Cel mai cunoscut exemplu de particule de transformări - această transformare perechi de electroni - pozitron doi sau trei cuantice gamma. Acest proces are loc la fiecare întâlnire cu anihilarea de electroni și pozitroni numit (adică dispariție). În anihilarea legilor de conservare a ENER urmat cu strictețe? Ogy, impuls, un impuls unghiular și sarcină electrică (electric Ron si pozitroni au taxe egale de semn opus), dar problema este sub formă de substanță dispare, devenind o chestiune sub formă de radiație electromagnetică.

Procesul invers de anihilare, se observă în interacțiune? actiunea gamma raze cu nuclee atomice. ? Quantum Gamma, Ener ogy care depășește Eo energia de repaus = 2 m 0 c 2 electroni pereche ron - pozitron. Se poate transforma într-o pereche.

Astfel, problema nu este numai diversă în formele sale, ci este unită în esența sa. Separarea materialelor? Obiecte în grupuri GUVERNAMENTALĂ și tipuri distincte de și relativă? TION.