Каква частица се нарича фотон. Фотонна теория на светлината

Фотон. Структурата на фотона. Принципът на движение.

Част 1. Изходни данни.

Част 1. Изходни данни.

1.1. Фотонът е елементарна частица, квант на електромагнитното излъчване.

1.2. Един фотон не може да бъде разделен на няколко части и не се разпада спонтанно във вакуум.

1.3. Фотонът е наистина електрически неутрална частица. Скоростта на движение (движение) на фотона във вакуум е равна на "c".

1.4. Светлината е поток от локализирани частици - фотони.

1.5 . Фотоните се излъчват в много природни процеси, например: когато заредените частици се движат с ускорение (тормозно, синхротронно, циклотронно лъчение) или когато електрон преминава от възбудено състояние в състояние с по-ниска енергия. Това се случва в резултат на основната фундаментална трансформация в природата - превръщането на кинетичната енергия на заредена частица в електромагнитна (и обратно).

1.6. Фотонът се характеризира с корпускулярно-вълнов дуализъм:

От една страна, фотоните демонстрират свойствата на вълната в явленията на дифракция и интерференция в мащаби, сравними с дължината на вълната на фотона;

От друга страна, фотонът се държи като частица, която се излъчва или поглъща изцяло от обекти, чиито размери са много по-малки от неговата дължина на вълната (например атомни ядра) или се считат за точковидни (електрон).

1.7. Имайки предвид факта, че е необвързан фотоните демонстрират свойствата на вълната, може доста надеждно да се твърди, че фотонът е „мини вълна“ (отделно, компактно „парче“ от вълна). В този случай трябва да се вземат предвид следните свойства на вълните:

а) ъъъ електромагнитните вълни (и фотон) са напречни вълни, при които векторите на електрическото (E) и магнитното (H) полета осцилират перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Електромагнитни вълни (фотон) могат да се прехвърлят от източника към приемника, включително чрез вакуум. Те не изискват среда за тяхното разпространение.

б) половината от енергията на електромагнитните вълни (и фотоните) е магнитна.

в) за характеризиране на интензивността на вълновия процес се използват три параметъра: амплитудата на вълновия процес, енергийната плътноствълнов процес и плътност на енергийния поток.

1.8. Освен това, когато се разглежда схемата на структурата на фотона и принципа на неговото движение, бяха взети предвид следните данни:

а) излъчването на фотон практически преминава за период от време от порядъка на 10 -7 сек - 10 -15 сек. През този период електромагнитното поле на фотона се увеличава от нула до максимум и отново пада до нула. Вижте фиг.1.

б) графиката на промяната на фотонното поле не може по никакъв начин да бъде част от пресечена синусоида, тъй като в местата на срязване биха възникнали безкрайни сили;

в) тъй като честотата на електромагнитната вълна е величина, която се наблюдава в експерименти, същата честота (и дължина на вълната) може да се припише и на отделен фотон. Следователно параметрите на фотоните, подобно на вълните, се описват с формулата E = h* f , където h е константата на Планк, която свързва големината на енергията на фотона с неговата честота (е).

Ориз. 1. Фотонът е материална частица и е компактно (имащо начало и край), неделимо "парче" от вълна, в което електромагнитното поле нараства от нула до определен максимум и отново пада до нула. Магнитните полета обикновено не са показани.

Част 2. Основни принципи на фотонната структура.

2.1. В почти всички статии за електромагнитни вълни (фотони) фигурите описват и графично показват вълна, състояща се от две полета - електрическо и магнитно, например цитатът: "Електромагнитното поле е комбинация от електрически магнитни полета ...". Съществуването на „двукомпонентна“ електромагнитна вълна (и фотон) обаче е невъзможно поради една проста причина: еднокомпонентно електрическо и еднокомпонентно магнитно поле в електромагнитна вълна (фотон) не съществува и не може да съществува. Обяснение:

а) има теоретични модели-формули-закони, които се използват за изчисляване или определяне на параметри при идеални условия (например теоретичен модел на идеален газ). Това е напълно приемливо. Въпреки това, за изчисления в реални условия, в тези формули се въвеждат корекционни коефициенти, които отразяват реалните параметри на средата.

б) има и теоретичен модел, наречен "електрическо поле". Това е приемливо за решаване на теоретични проблеми. В действителност обаче има само две електрически полета: електрическо поле-плюс (#1) и електрическо поле-минус (#2). Вещества, наречени „без заряд? електрически неутрален? електрическо поле № 3 реално не съществува и не може да съществува. Следователно, когато се моделират реални условия в теоретичен модел, наречен "електрическо поле", винаги е необходимо да се вземат предвид два "коригиращи фактора" - реалното електрическо поле-плюс и реалното електрично поле-минус.

в) съществува теоретичен модел, наречен "магнитно поле". Това е доста приемливо за някои задачи. В действителност обаче едно магнитно поле винаги има два магнитни полюса: полюс #1 (N) и полюс #2 (S). Вещества, наречени „неполярни? магнитно поле № 3 не съществува и не може да съществува в реалността.Затова при моделиране на реални условия в теоретичен модел, наречен „магнитно поле“, винаги е необходимо да се вземат предвид два „корекционни фактора“ - полюс-N и полюс- С.

2.2. Така, като вземем предвид горното, можем да направим съвсем недвусмислено заключение: фотонът е компактна (имаща начало и край), материална частица, в която материята е комбинация от две електрически (плюс или минус) и две магнитни (N-S) полета, които могат да се разпространяват от своите източници без затихване (във вакуум) на произволно големи разстояния. Вижте фиг.2.

Фиг.2. Фотонът е комбинация от две електрически полета (плюс и минус) и две магнитни полета (N и S). В този случай общата електронеутралност на фотона е напълно спазена. В тази статия се приема, че отрицателното електрическо поле е свързано с магнитното поле-N, а плюсовото електрическо поле е свързано с магнитното поле-S.

Част 3. Квант на енергията и квант на масата.

3.1. От една страна, фотонът е компактна, неделима частица, в която електромагнитното поле нараства от нула до определен максимум и отново пада до нула. Тоест фотонът има много реален линеен размер (начало и край).

3.2. От друга страна обаче параметрите на фотоните, подобно на вълните, се описват с формулата E = h* f , където h - константата на Планк (eV * sec), елементарният квант на действие (фундаменталната световна константа), който свързва стойността на енергията на фотона с неговата честота (е).

3.3. Това ни позволява да приемем, че всички фотони се състоят от добре дефиниран брой (n) от "независими" електрически неутрални "осреднени" елементарни енергийни кванти (eV) с абсолютно еднаква дължина на вълната (Л ). В този случай енергията на всеки фотон е: E = e 1 *n, където (напр 1 ) е енергията на елементарен квант, (n) е техният брой във фотон. Вижте фиг.3.

Фиг.3.

а) "нормален" фотон (електромагнитното поле се увеличава от нула до определен максимум и отново пада до нула);

б) същият фотон от "осреднени" кванти. Може да се приеме, че всеки фотон се състои от точно определен брой абсолютно идентични "осреднени" елементарни енергийни кванти;

в) елементарен "усреднен" квант на фотонната енергия. Елементарният квант на енергията (размер - eV) е абсолютно еднакъв за всички електромагнитни вълни от всички диапазони и е подобен на елементарния квант на действието на Планк (размер - eV * sec). В този случай: E (eV) = h* f = e 1 *н.

3.4. Материята на фотона.Фотоните се излъчват в резултат на основната фундаментална трансформация в природата - трансформацията на кинетичната енергия на заредена частица в електромагнитна енергия и обратно - трансформацията на електромагнитната енергия на фотоните в кинетичната енергия на заредена частица. Въпреки това, кинетичната енергия е нематериална, а електромагнитната енергия на фотона има всички свойства на материята. Така: в резултат на основната фундаментална трансформация в природата, нематериалната кинетична енергия на заредена частица се преобразува в енергията на електрическите и магнитните полета на фотона, който има съвсем реални свойства на материята: импулс, скорост, маса , и други характеристики. Тъй като фотонът е материален, всички негови съставни части също са материални. Тоест: елементарен квант енергия автоматично е елементарен квант маса.

3.5. Всеки фотон се състои от точно определен брой "независими" електрически неутрални елементарни енергийни кванти. И преглед на схемата структурата на елементарния квант показва, че:

а) елементарен квант не може да бъде разделен на две равни части, тъй като това автоматично ще бъде нарушение на закона за запазване на заряда;

б) също така е невъзможно да се „отреже“ по-малка част от елементарен квант, тъй като това автоматично ще доведе до промяна в стойността на константата на Планк (фундаменталната константа) за този квант.

3.6. Следователно:

Първо. Трансформацията на електромагнитната енергия на фотоните в кинетичната енергия на заредена частица не може да бъде непрекъсната функция - електромагнитната енергия може да се преобразува в кинетичната енергия на частиците (и обратно) само при енергийни стойности, които са кратни на един елементарен квант енергия.

Второ. Тъй като обвивките на кварките, протоните, неутроните и други частици сауплътнена електрически неутрална материя от фотони, тогава масите на тези черупки също имат значение , кратни на елементарния масов квант.

3.7. Забележка: въпреки това, разделянето на елементарни кванти на две абсолютно равни части (положителни и отрицателни) е напълно възможно (и се случва) по време на образуването на двойки електрон-позитрон. В този случай масата на електрона и позитронаматерия , кратни на половината от елементарния квант на масата (виж "Електрон. Образуване и структура на електрона. Магнитен монопол на електрона).

Част 4. Основни принципи на движение на фотони.

4.1. Движението на материална фотон-частица може да се осъществи само по два начина:

Вариант-1: фотонът се движи по инерция;

Вариант-2: фотонът е самозадвижваща се частица.

4.2. По неизвестни причини това е инерционното движение на електромагнитните вълни (и фотоните), което или се подразбира, или се споменава и показва графично в почти всички статии за електромагнитни вълни, например: Wikipedia. електромагнитно излъчване. Английски. Вижте фиг.4.

Фиг.4. Пример за инерционно движение на фотон (Уикипедия. Електромагнитно излъчване). Фотонът се движи покрай наблюдателя отляво надясно със скорост V = "със". В този случай всички венчелистчета на синусоидата не променят своите параметри, тоест: в фотонната референтна рамка те са абсолютно неподвижни.

4.3. Но инерционното движение на фотона е невъзможно, например, поради следната причина: когато фотонът премине през препятствие (стъкло), скоростта му намалява, но след преминаване през препятствие (едно или повече), фотонът отново “ незабавно” и възстановява скоростта си до “c” = const. При инерционно движение такова независимо възстановяване на скоростта е невъзможно.

4.4. „Моментално“ увеличаване на скоростта от фотон (до „c“ = const) след преминаване през препятствие е възможно само ако самият фотон е самозадвижваща се частица. В този случай механизмът на самодвижение на фотона може да бъде само обръщане на полярността на наличните електрически (плюс и минус) и магнитни (N и S) полета с едновременно изместване на фотона с половин период, т.е. удвоена честота (2 *е). Вижте фиг.5.

Фиг.5. Схема на движение на фотони поради обръщане на полярността на полетата. "Фрагмент" - последователността на обръщане на полярността на полето-плюс.

4.5. Обяснението на механизма на движение на фотоните се основава на следните данни:

а) електромагнитното поле на фотона е комбинация от променливи електрически (плюс или минус) и магнитни (N и S) полета;

б) електрическото и магнитното поле на фотона не могат да изчезнат - те могат само да се превърнат едно в друго. Генерирането на магнитно поле от променливо електрическо поле е фундаментален природен феномен;

в) магнитно поле се появява само при наличие на променливо във времето електрическо поле и обратно (всяка промяна в електрическото поле възбужда магнитно поле и от своя страна промяната в магнитното поле възбужда електрическо поле). Следователно магнитните полета на фотона могат да възникнат само ако фотонът има променливи знаци и променящи се във времето електрически полета (в референтната рамка на фотона).

4.6. При обяснението на механизма на обръщане на полярността на фотоните бяха разгледани следните опции:

а) наличието на свободно пространство пред фотона. Фотонът е компактно, неделимо „парче“ от вълна под формата на синусоида, в която електромагнитните полета нарастват от нула до определен максимум и отново падат до нула. Тоест: "тялото" на фотона има съвсем реална геометрична дължина (начало и край). Движението на фотон възниква поради движението на фотон на разстояние от един полупериод (1/2L) за всеки акт на обръщане на полярността. И това движение винаги може да се случи само в една посока (напред), където има свободно пространство пред фотона;

б) „Борбата на противоположностите“. Електромагнитното поле на фотона е комбинация от променливи електрически (плюс или минус) и магнитни (N и S) полета. В тази статия се приема, че отрицателното електрическо поле е свързано с магнитното поле-N, а плюсовото електрическо поле е свързано с магнитното поле-S. Но в този случай има постоянно (и законно) желание на магнитните полета N и S да се скачват едно с друго, тоест да създадат пълноценен "биполярен магнит". За да направите това, едно от магнитните полета трябва да се измести с половин период. Магнитното и електрическото поле обаче са „здраво“ свързани помежду си и всеки опит на магнитното поле да се „освободи“ от електрическото поле „мигновено“ води до реакция на противодействие – предизвиква обръщане на поляритета (прехвърляне) на всички полета и автоматичната им смяна за половин период.

4.7. Тъй като няма други възможности за обяснение на механизма на самодвижение на фотон, движението на фотон, дължащо се на обръщане на полярността на полетата, очевидно е единственото решение на проблема. Защото само режимът на обръщане на полярността позволява поддържане на режима на самодвижение на фотона и същевременно осигуряване на съответствие с основния закон на природата - генериране на магнитно поле в присъствието на електрическо поле, което променя знака и се променя във времето ( и обратно). Предложените варианти на механизма за обръщане на полярността (причини и последователност) изискват допълнителни изследвания, които не могат да бъдат представени в тази статия. Въпреки това горните обяснения са приемлив изход от настоящата ситуация при решаването на проблема за постоянството на скоростта на светлината, тъй като позволяват една или друга степен на сигурност да обяснят механизма на самодвижението на фотоните.

4.8. скорост на фотона. Скорост (и) на електромагнитни вълни (фотони) във вакуум, тяхната честота ( f) и дължина на вълната (L ) са твърдо свързани с формулата: с =е*л . Трябва обаче да се има предвид, че движението на фотона се дължи на едновременното обръщане на неговите електрически и магнитни полета, по време на което фотонът се измества на разстояние от един полупериод (L / 2) за всеки акт на обръщане на полярността, тоест с удвоена честота. Като се има предвид това, формулата за скорост ще изглежда като c \u003d 2е*л /2, което е абсолютно идентично с основната формула: c =е*л.

5. Начин:

5.1. Фотонът е локализирана (компактна) материална частица, в която материята е комбинация от две електрически (плюс и минус) и две магнитни (N и S) полета, чиито стойности нарастват от нула до определен максимум и отново падне до нула. В този случай общата електронеутралност на фотона е напълно спазена.

5.2. В резултат на основната фундаментална трансформация в природата, нематериалната кинетична енергия на заредена частица се трансформира в материалната енергия на електрическото и магнитното поле на фотона. Фотонът е материален и се състои от точно определен брой абсолютно идентични "осреднени" елементарни енергийни кванти, които автоматично са елементарни масови кванти.

5.3. Фотонът е самозадвижваща се частица, способна да се движи от своя източник на произволно големи разстояния (във вакуум). Не изисква среда за движението си. Движението на фотона възниква поради обръщане на полярността на променливи електрически (плюс или минус) и магнитни (N и S) полета, по време на което фотонът се измества на разстояние от един полупериод за всеки акт на обръщане на полярността.

5.4. В тази работа се приема, че във всеки елементарен квант отрицателното електрическо поле се свързва с магнитното поле-N, а плюсовото електрическо поле се свързва с магнитното поле-S. Други опции за свързване на полета изискват допълнително уточняване и не са разгледани в тази статия.

Фотонът е безмасова частица и може да съществува само във вакуум. Освен това няма електрически свойства, тоест зарядът му е нула. В зависимост от контекста на разглеждане има различни интерпретации на описанието на фотона. Класическата (електродинамика) го представя като електромагнитна вълна с кръгова поляризация. Фотонът също проявява свойствата на частица. Такава двойна идея за него се нарича корпускулярно-вълнов дуализъм. От друга страна, квантовата електродинамика описва фотонната частица като калиброван бозон, който позволява да се образува електромагнитно взаимодействие.

Сред всички частици на Вселената фотонът има максимален брой. Спинът (присъщият механичен момент) на фотона е равен на единица. Освен това един фотон може да бъде само в две квантови състояния, едното от които има проекция на въртене в определена посока, равна на -1, а другата равна на +1. Това квантово свойство на фотона е отразено в класическото му представяне като напречност на електромагнитна вълна. Масата на покой на фотона е нула, което предполага неговата скорост на разпространение, която е равна на скоростта на светлината.

Една фотонна частица няма електрически свойства (заряд) и е доста стабилна, т.е. фотонът не може спонтанно да се разпадне във вакуум. Тази частица се излъчва в много физически процеси, например, когато електрически заряд се движи с ускорение, както и енергийни скокове в ядрото на атома или самия атом от едно състояние в друго. Фотонът може да бъде погълнат и при обратните процеси.

Двойственост вълна-частица на фотон

Корпускулярно-вълновият дуализъм, присъщ на фотона, се проявява в множество физически експерименти. Фотонните частици участват в такива вълнови процеси като дифракция и интерференция, когато размерите на препятствията (прорези, диафрагми) са сравними с размера на самата частица. Това е особено забележимо при експерименти с дифракция на единични фотони от един процеп. Също така точковата и корпускулярна природа на фотона се проявява в процесите на поглъщане и излъчване от обекти, чиито размери са много по-малки от дължината на вълната на фотона. Но от друга страна, представянето на фотона като частица също не е пълно, защото е опровергано от корелационни експерименти, базирани на заплетени състояния на елементарни частици. Следователно е обичайно да се разглежда частица фотон, включително като вълна.

Подобни видеа

източници:

• Photon 1099: всичко за колата

Основното нещоквантово номере цялото номер, което е определението за състоянието на електрона на енергийно ниво. Енергийното ниво е набор от стационарни състояния на електрон в атом с близки енергийни стойности. Основното нещоквантово номеропределя разстоянието на електрона от ядрото и характеризира енергията на електроните, които заемат това ниво.

Наборът от числа, които характеризират състоянието, се наричат ​​квантови числа. Вълновата функция на електрона в атома, неговото уникално състояние се определя от четири квантови числа - основно, магнитно, орбитално и сплен - моментът на движение на елементарното, изразено количествено. Основното нещоквантово номерима н. Ако главният квант номерсе увеличава, тогава както орбитата, така и енергията на електрона нарастват съответно. Колкото по-малка е стойността на n, толкова по-голяма е стойността на енергийното взаимодействие на електрона. Ако общата енергия на електроните е минимална, тогава състоянието на атома се нарича невъзбудено или основно. Състоянието на атом с висока енергийна стойност се нарича възбудено. На най-високо ниво номерелектроните могат да се определят по формулата N = 2n2.Когато един електрон преминава от едно енергийно ниво на друго, основният квант номер.В квантовата теория твърдението, че енергията на електрона е квантована, т.е. може да приема само дискретни, определени стойности. За да се знае състоянието на електрона в атома, е необходимо да се вземе предвид енергията на електрона, формата на електрона и други параметри. От царството на естествените числа, където n може да бъде равно на 1 и 2, и 3 и т.н., основният квант номерможе да приеме всякаква стойност. В квантовата теория енергийните нива се означават с букви, стойността на n с цифри. Номерът на периода, в който се намира елементът, е равен на броя на енергийните нива в атома, който е в основно състояние. Всички енергийни нива са съставени от поднива. Поднивото се състои от атомни орбитали, които се определят, характеризиращи се с основния квант номер m n, орбитален номер m l и квант номер m ml. Броят на поднивата на всяко ниво не надвишава стойността n.Вълновото уравнение на Шрьодингер е най-удобната електронна структура на атома.

Квантовата физика се превърна в огромен тласък за развитието на науката през 20 век. Опитът да се опише взаимодействието на най-малките частици по съвсем различен начин, използвайки квантовата механика, когато някои проблеми на класическата механика вече изглеждаха неразрешими, направи истинска революция.

Причини за възникването на квантовата физика

Физика - описва законите, по които функционира светът. Нютоновият, или класическият, възниква през Средновековието и неговите предпоставки могат да се видят в древността. Обяснява перфектно всичко, което се случва в мащаб, възприеман от човек без допълнителни измервателни уреди. Но хората се сблъскаха с много противоречия, когато започнаха да изучават микро- и макрокосмоса, да изследват както най-малките частици, които изграждат материята, така и гигантските галактики, заобикалящи Млечния път, естествен за човека. Оказа се, че класическата физика не е подходяща за всичко. Така се появява квантовата физика - науката, квантовата механика и квантово-полевите системи. Техниките за изучаване на квантовата физика са квантовата механика и квантовата теория на полето. Те се използват и в други свързани клонове на физиката.

Основните положения на квантовата физика в сравнение с класическата

За тези, които тепърва се запознават с квантовата физика, нейните разпоредби често изглеждат нелогични или дори абсурдни. Въпреки това, задълбочавайки се в тях, вече е много по-лесно да се проследи логиката. Най-лесният начин да научите основните принципи на квантовата физика е като я сравните с класическата физика.

Ако в класическата се смята, че природата е неизменна, независимо как учените я описват, то в квантовата физика резултатът от наблюденията ще зависи много от това кой метод на измерване се използва.

Според законите на Нютоновата механика, които са в основата на класическата физика, една частица (или материална точка) във всеки момент от времето има определена позиция и скорост. Това не е така в квантовата механика. Основава се на принципа на суперпозицията на разстоянията. Тоест, ако една квантова частица може да бъде в едното и в другото състояние, то тя може да бъде и в третото състояние - сумата от двете предходни (това се нарича линейна комбинация). Следователно е невъзможно да се определи точно къде ще бъде частицата в определен момент от времето. Човек може само да изчисли вероятността тя да е някъде.

Ако в класическата физика е възможно да се конструира траекторията на движение на физическо тяло, то в квантовата физика това е само вероятностно разпределение, което ще се променя във времето. В този случай максимумът на разпределението винаги се намира там, където се определя от класическата механика! Това е много важно, защото позволява, първо, да се проследи връзката между класическата и квантовата механика, и второ, показва, че те не си противоречат. Можем да кажем, че класическата физика е частен случай на квантовата.

Вероятността в класическата физика се появява, когато някои свойства на даден обект са неизвестни на изследователя. В квантовата физика вероятността е фундаментална и винаги присъства, независимо от степента на невежество.

В класическата механика са разрешени всякакви стойности на енергия и скорост за една частица, докато в квантовата механика са разрешени само определени стойности, "квантувани". Те се наричат ​​собствени стойности, всяка от които има свое собствено състояние. Квантът е „част“ от някакво количество, което не може да бъде разделено на компоненти.

Един от основните принципи на квантовата физика е принципът на неопределеността на Хайзенберг. Става дума за това, че няма да е възможно да се установи едновременно скоростта и позицията на частицата. Само едно нещо може да се измери. Освен това, колкото по-добре устройството измерва скоростта на една частица, толкова по-малко ще знае за нейната позиция и обратното.

Факт е, че за да измерите частица, трябва да я „погледнете“, тоест да изпратите частица светлина в нейната посока - фотон. Този фотон, за който изследователят знае всичко, ще се сблъска с измерената частица и ще промени своите и своите свойства. Това е почти същото като да измерите скоростта на движеща се кола, да изпратите друга кола към нея с известна скорост и след това, използвайки променената скорост и траектория на втората кола, да изследвате първата. В квантовата физика обектите се изучават толкова малки, че дори фотоните - частици светлина - променят свойствата си.

Фотоелектричният ефект е излъчването на електрони от повърхността на метал под въздействието на светлина.

AT
1888 г. Г. Херц открива, че когато електродите под високо напрежение се облъчват с ултравиолетови лъчи, разрядът възниква на по-голямо разстояние между електродите, отколкото без облъчване.

Фотоелектричният ефект може да се наблюдава в следните случаи:

1. Цинкова пластина, свързана с електроскоп, е отрицателно заредена и облъчена с ултравиолетова светлина. Тя бързо се изтощава. Ако е заредена положително, тогава зарядът на плочата няма да се промени.

2
. Ултравиолетовите лъчи, преминаващи през положителния електрод на решетката, попадат върху отрицателно заредената цинкова плоча и избиват от нея електрони, които се втурват към решетката, създавайки фототок, записан от чувствителен галванометър.

Закони на фотоелектричния ефект

Количествените закономерности на фотоелектричния ефект (1888–1889) са установени от А. Г. Столетов. Той използва вакуумна стъклена бутилка с два електрода.

П
първи закон

Изследвайки зависимостта на силата на тока в балона от напрежението между електродите с постоянен светлинен поток към един от тях, той установи първи закон на фотоелектричния ефект.

Фототокът на насищане е пропорционален на светлинния потокприпадане върху метал: аз=ν∙ Φ, където ν - коефициент на пропорционалност, наречен фоточувствителност на веществото.

Следователно, броят на електроните, избити за 1 s от дадено вещество, е пропорционален на интензитета на светлината, падаща върху това вещество.

Втори закон

Променяйки условията на осветление на същата инсталация, А. Г. Столетов откри втория закон на фотоелектричния ефект: кинетичната енергия на фотоелектроните не зависи от интензитета на падащата светлина, а зависи от нейната честота.

д
Ако положителният полюс на батерията е свързан към осветения електрод, то при определено напрежение фототокът ще спре. Това явление не зависи от големината на светлинния поток.

Използване на закона за запазване на енергията
, където д- зареждане; м е масата на електрона; vе скоростта на електрона; U h - блокиращо напрежение, установено е, че ако се увеличи честотата на лъчите, с които се облъчва електродът, тогава U h2 > U z1, така че д k2 > д k1. Следователно, ν 2 > ν 1 .

T
как, кинетичната енергия на фотоелектроните нараства линейно с честотата на светлината.

трети закон

Заменяйки материала на фотокатода в устройството, Столетов установява третия закон на фотоелектричния ефект: за всяко вещество има червена граница на фотоелектричния ефект, т.е. там е най-малката честота ν min , при което фотоелектричният ефект все още е възможен. При ν <ν min при всякакъв интензитет на вълната на падаща светлина върху фотокатода, фотоелектричният ефект няма да възникне.

Четвърти закон

Фотоелектричният ефект е практически безинерционен ( T = 10 −9 s).

Теория на фотоелектричния ефект

А. Айнщайн, развивайки идеята на М. Планк (1905), показа, че законите на фотоелектричния ефект могат да бъдат обяснени с помощта на квантовата теория.

Феноменът на фотоелектричния ефект експериментално доказва: светлината има прекъсната структура.

Излъчена част д=hνзапазва своята индивидуалност и се усвоява от субстанцията само като цяло.

Въз основа на закона за запазване на енергията
.

защото
,
,
,
.

Фотон и неговите свойства

Фотонът е материална, електрически неутрална частица.

Фотонна енергияд=hνили д=ħω , защото
, ω = 2 πν . Ако ч= 6,63∙10 −34 J∙s, тогава ħ ≈ 1,55∙10 −34 J∙s.

Според теорията на относителността д=mc 2 =hν, следователно
, където ме масата на фотона, еквивалентна на енергията.

Пулс
, защото ° С=νλ . Импулсът на фотона е насочен по протежение на светлинния лъч.

Наличието на импулс се потвърждава експериментално: чрез наличието на светлинно налягане.

Основни свойства на фотона

1. Това е частица от електромагнитното поле.

2. Движи се със скоростта на светлината.

3. Съществува само в движение.

4. Невъзможно е да се спре фотон: той или се движи с v=с, или не съществува; следователно масата на покой на фотона е нула.

Ефект на Комптън (1923)

НО .Комптън потвърждава квантовата теория за светлината. Взаимодействие между фотон и електрон, свързани в атом:

1. От гледна точка на вълновата теория светлинните вълни трябва да се разпръскват от малки частици:

ν състезания. = ν подложка, което не е потвърдено от опита.

2. Фотоелектричният ефект е пълното поглъщане на фотон.

3
. Когато изучава законите на разсейването на рентгеновите лъчи, А. Комптън установи, че когато рентгеновите лъчи преминават през вещество, дължината на вълната се увеличава ( λ ) на разсеяното лъчение в сравнение с дължината на вълната ( λ ) на падащото лъчение. Колкото повече φ , толкова по-голяма е загубата на енергия, а оттам и намаляването на честотата ν (нараства λ ). Ако приемем, че рентгеновият лъч се състои от фотони, които летят със скоростта на светлината, тогава резултатите от експериментите на А. Комптън могат да бъдат обяснени: фотон с честота ν има енергия д = чν , маса
и инерция
.

Законите за запазване на енергията и импулса за системата фотон-електрон: чν +м 0 ° С 2 = чν" +mc 2 ,
,където м 0 ° С 2 е енергията на неподвижен електрон; чν е енергията на фотона преди сблъсъка; чν" е енергията на фотон след сблъсък с фотон;
и
са фотонните моменти преди и след сблъсъка; мvса импулсите на електрон след сблъсък с фотон.

Решението на уравненията за енергия и импулс дава формула за промяната на дължината на вълната, когато фотонът се разпръсне от електрони:
, където е дължината на вълната на Комптън.

Светлина и топлина, вкус и мирис, цвят и информация - всичко това е неразривно свързано с фотоните. Освен това животът на растенията, животните и хората е невъзможен без тази удивителна частица.

Смята се, че във Вселената има около 20 милиарда фотона за всеки протон или неутрон. Това е фантастично огромно число.

Но какво знаем за тази най-разпространена частица в света около нас?

Някои учени смятат, че скоростта на фотона е равна на скоростта на светлината във вакуум, т.е. приблизително 300 000 км/сек и това е максималната възможна скорост във Вселената.

Други учени смятат, че във Вселената има достатъчно примери, в които скоростта на частиците е по-висока от скоростта на светлината.

Някои учени смятат, че фотонът е електрически неутрален.

Други - смятат, че фотонът има електрически заряд (според някои източници, по-малко от 10 -22 eV / sec 2).

Някои учени смятат, че фотонът е безмасова частица и според тях масата на фотона в покой е нула.

Други смятат, че фотонът има маса. Наистина е много, много малък. Редица изследователи се придържат към тази гледна точка, определяйки масата на фотона по различни начини: по-малко от 6 x 10 -16 eV, 7 x 10 -17 eV, 1 x 10 -22 eV и дори 3 x 10 -27 eV, което е милиарди пъти по-малко от масата на електрона.

Някои учени смятат, че в съответствие със законите за отражение и пречупване на светлината фотонът е частица, т.е. корпускула. (Евклид, Лукреций, Птолемей, И. Нютон, П. Гасенди)

Други (Р. Декарт, Р. Хук, Х. Хюйгенс, Т. Юнг и О. Френел), разчитайки на явленията дифракция и интерференция на светлината, смятат, че фотонът има вълнова природа.

Когато се излъчва или абсорбира от атомни ядра и електрони, както и по време на фотоелектричния ефект, фотонът се държи като частица.

И когато преминава през стъклена призма или малък отвор в преградата, фотонът демонстрира свойствата си на ярка вълна.

Компромисното решение на френския учен Луи дьо Бройл, което се основава на двойствеността вълна-частица, според което фотоните притежават както свойствата на частица, така и свойствата на вълна, не е отговор на този въпрос. Двойствеността вълна-частица е само временна споразумениевъз основа на абсолютната импотентност на учените да отговорят на този изключително важен въпрос.

Разбира се, това споразумение донякъде успокои ситуацията, но не реши проблема.

Въз основа на това можем да формулираме първи въпроссвързани с фотона

Въпрос първи.

Фотоните вълни ли са или частици? Или може би и двете, или не и двете?

По-нататък. В съвременната физика фотонът е елементарна частица, която е квант (част) от електромагнитното излъчване. Светлинасъщо е електромагнитно излъчване и фотонът се счита за носител на светлина. В съзнанието ни това е твърдо установено и фотонът, на първо място, се свързва със светлината.

Въпреки това, в допълнение към светлината, има и други видове електромагнитно излъчване: гама лъчение, рентгеново, ултравиолетово, видимо, инфрачервено, микровълново и радио лъчение. Те се различават една от друга по дължина на вълната, честота, енергия и имат свои собствени характеристики.

Видове лъчения и техните кратки характеристики

Носителят на всички видове електромагнитно излъчване е фотон. Той, според учените, е еднакъв за всички. В същото време всеки тип лъчение се характеризира с различна дължина на вълната, честота на трептене и различни фотонни енергии. И така, различни фотони? Изглежда, че броят на различните видове електромагнитни вълни трябва да съответства на равен брой различни видове фотони. Но в съвременната физика досега има само един фотон.

Получава се научен парадокс - лъченията са различни, свойствата им също са различни, а фотонът, който носи тези лъчения, е един.

Например гама-лъчението и рентгеновите лъчи преодоляват бариерите, докато ултравиолетовото и инфрачервеното лъчение и видимата светлина, имащи по-голяма дължина на вълната, но по-малко енергия, не го правят. В същото време микровълновото и радиовълновото лъчение имат още по-голяма дължина на вълната и още по-ниска енергия, но преодолява водния стълб и бетонните стени. Защо?

Проникваща способност на фотоните при различни лъчения

Тук веднага възникват два въпроса.

Въпрос втори.

Всички фотони еднакви ли са при всички видове радиация?

Въпрос трети.

Защо фотоните на някои видове радиация преодоляват препятствия, докато други видове радиация не? Каква е материята - в радиацията или във фотоните?

Има мнение, че фотонът е най-малката безструктурна частица във Вселената. Науката все още не е успяла да определи нищо, което е по-малко от фотон. Но дали е така? В крайна сметка, по едно време атомът се смяташе за неделим и най-малкият в света около нас. Следователно четвъртият въпрос е логичен:

Четвърти въпрос.

Дали фотонът е най-малката и безструктурна частица или се състои от още по-малки образувания?

Освен това се смята, че масата на покой на фотона е равна на нула и в неговото движение се проявяват както масата, така и енергията. Но тогава има

въпрос пети:

фотон - материална частица ли е или не? Ако фотонът е материален, тогава къде изчезва неговата маса в покой? Ако не е материално, тогава защо се записват напълно материалните му взаимодействия със света около нас?

И така, имаме пет озадачаващи въпроса, свързани с фотона. И те до днес нямат своите ясни отговори. Всеки от тях има своите проблеми. Проблеми, които ще се опитаме да разгледаме днес.

В нашите пътешествия „Дъхът на Вселената“, „Дълбините на Вселената“ и „Силите на Вселената“ разгледахме всички тези въпроси през призмата на структурата и функционирането на Вселената. Ние проследихме целия път на образуване на фотони от появата на фундаментални частици - етерни вихрови съсиреци до галактики и техните клъстери. Смея да се надявам, че имаме доста логична и систематично подредена картина на света. Следователно предположението за структурата на фотона се превърна в логична стъпка в системата от знания за нашата Вселена.

Структурата на фотоните

Фотонът се появи пред нас не като частица и не като вълна, а като въртяща се конусовидна пружина, с разширяващо се начало и стесняващ се край..

Пружинният дизайн на фотона позволява да се отговори на почти всички въпроси, които възникват при изучаването на природни явления и експериментални резултати.

Вече споменахме, че фотоните са носители на различни видове електромагнитно излъчване. В същото време, въпреки факта, че на науката са известни различни видове електромагнитно лъчение: гама лъчение, рентгеново, ултравиолетово, видимо, инфрачервено, микровълново лъчение и радиоизлъчване, носещите фотони, които участват в тези процеси, нямат своя собствени сортове. Тоест, според някои учени, всеки вид радиация се носи от определен универсален тип фотони, които еднакво успешно се проявяват и в процесите на гама-лъчение, и в процесите на радиоизлъчване, и във всякакви други видове радиация.

Не мога да се съглася с тази позиция, тъй като природните явления показват, че всички известни електромагнитни лъчения се различават значително едно от друго не само по параметри (дължина на вълната, честота, енергийни възможности), но и по своите свойства. Например, гама-лъчението лесно прониква през всякакви бариери, а видимото лъчение също толкова лесно се спира от тези бариери.

Следователно в един случай фотоните могат да пренасят радиация през бариери, а в друг, същите фотонивече безсилен да преодолее каквото и да било. Този факт ни кара да се чудим дали фотоните наистина са толкова универсални или имат свои собствени разновидности, съответстващи на свойствата на различните електромагнитни излъчвания във Вселената.

Предполагамправилно, определете всеки тип радиация неговия видфотони. За съжаление в съвременната наука няма такава градация. Но това не само е лесно, но и спешно трябва да се поправи. И това е съвсем разбираемо, тъй като радиацията и техните параметри се променят, а фотоните в съвременната интерпретация са представени само от едно общо понятие - "фотон". Въпреки че трябва да се признае, че с промяна в параметрите на радиацията в референтната литература се променят и параметрите на фотоните.

Ситуацията е подобна на прилагането на общото понятие "автомобил" към всички негови марки. Но тези марки са различни. Можем да закупим Лада, Мерцедес, Волво или Тойота. Всички те отговарят на понятието "кола", но всички те са различни по външен вид, технически характеристики и цена.

Следователно би било логично да предложим като носители на гама лъчение фотони на гама лъчение, рентгенови лъчи - фотони на рентгенови лъчи, ултравиолетово лъчение - фотони на ултравиолетово лъчение и т.н. Всички тези видове фотони ще се различават един от друг по дължината на завъртанията (дължина на вълната), скоростта на въртене (честота на трептене) и енергията, която носят.

Фотоните на гама лъчение и рентгеново лъчение представляват компресирана пружина с минимални размери и с концентрирана енергия в този малък обем. Следователно те проявяват свойствата на частица и лесно преодоляват препятствията, движейки се между молекулите и атомите на материята.

Фотоните на ултравиолетовото лъчение, видимата светлина и фотоните на инфрачервеното лъчение са една и съща пружина, само разтегната. Енергията в тези фотони остава същата, но се разпределя върху по-удълженото тяло на фотона. Увеличаването на дължината на фотона му позволява да проявява свойствата на вълна. Въпреки това, увеличаването на диаметъра на фотона не му позволява да проникне между молекулите на материята.

Фотоните от микровълнови и радио емисии имат още по-разтеглен дизайн. Дължината на радиовълните може да достигне няколко хиляди километра, но те имат най-малка енергия. Те лесно проникват през бариери, сякаш се усукват в веществото на бариерата, заобикаляйки молекулите и атомите на веществото.

Във Вселената всички видове фотони постепенно се преобразуват от гама фотони. Фотоните на гама лъчението са първични. При движение в пространството скоростта на тяхното въртене намалява и те последователно се превръщат във фотони на рентгеново лъчение, а тези от своя страна във фотони на ултравиолетово лъчение, които се превръщат във фотони на видима светлина и др.

Следователно фотоните на гама-лъчите се превръщат в рентгенови фотони. Тези фотони ще имат по-голяма дължина на вълната и по-ниска честота на въртене. След това рентгеновите фотони се преобразуват в ултравиолетови фотони и те се преобразуват във видима светлина и т.н.

Най-ярък пример за тази трансформация в динамиката можем да наблюдаваме по време на ядрен взрив.

Ядрена експлозия и зони на нейното разрушаващо действие

В процеса на ядрен взрив в рамките на няколко секунди поток от гама-фотони прониква в околната среда на разстояние около 3 км. Освен това гама лъчението спира, но рентгеновото лъчение се фиксира. Смятам, че в този случай фотоните на гама лъчението се превръщат във фотони на рентгеновото лъчение, а те последователно във фотони на ултравиолетовото, видимото и инфрачервеното лъчение. Потокът от фотони, съответно, причинява появата на увреждащи фактори на ядрен взрив - проникваща радиация, светлинна радиация и пожари.

В работата „Дълбините на Вселената“ разгледахме подробно структурата на фотоните и процесите на тяхното формиране и функциониране. Стана ни ясно, че фотоните се състоят от различни по диаметър пръстеновидни енергийни фракции, свързани една с друга.

Структурата на фотона

Фракциите се образуват от фундаментални частици - най-малките етерни вихрови съсиреци, които са етерно плътниостил. Тези етерни плътности са доста материални, точно както етерът и целият свят около нас са материални. Плътностите на етера определят масовите показатели на етерните вихрови съсиреци. Масата на групите е масата на фракциите, а те са масата на един фотон. И независимо дали е в движение или в покой. Следователно фотонът е напълно материали има своя собствена добре дефинирана маса както в покой, така и в движение.

Вече получихме директно потвърждение на нашата идея за структурата на фотона и неговия състав в хода на експериментите. Надявам се, че в близко бъдеще ще публикуваме всички получени резултати. Освен това подобни резултати са получени и в чужди лаборатории. Така че има основание да смятаме, че сме на прав път.

И така, ние отговорихме на редица въпроси относно фотона.

Фотонът, според нашето разбиране, не е частица или вълна, а пружина, която при различни условия може да бъде компресирана до размера на частиците или може също да бъде разтегната, проявявайки свойствата на вълна.

Фотоните имат свои собствени разновидности в зависимост от вида на лъчението и могат да бъдат фотони на гама лъчение, рентгенови фотони, фотони на ултравиолетово, видимо, инфрачервено и микровълново лъчение, както и фотони на радиоизлъчване.

Фотонът е материален и има маса. Това не е най-малката частица във Вселената, а се състои от етерни вихрови съсиреци и енергийни фракции.

Разбирам, че това е донякъде неочаквана и необичайна интерпретация на фотона. Но аз не изхождам от общоприетите правила и постулати, приети преди много години без връзка с процесите на общото развитие на света. И от логиката, която идва от законите на света, които са ключът към вратата, водеща към Истината.

В същото време през 2013 г. Нобеловите награди по физика бяха присъдени на Питър Хигс и Франсоа Енглер, които през 1964 г. независимо един от друг предположиха съществуването на друга частица в природата - неутрален бозон, който с леката ръка на нобеловия лауреат Л. Ледерман, беше наречен „частица от Бог“, тоест този основен принцип, онази първа тухла, от която е изграден целият ни заобикалящ свят. През 2012 г., докато провеждаха експерименти върху сблъскващи се протонни лъчи при високи скорости, две отново независими научни общности отново почти едновременно обявиха откриването на частица, чиито параметри съвпадат един с друг и съответстват на стойностите, предсказани от П. Хигс и Ф. Енглер .

За такава частица служи регистрираният по време на експериментите неутрален бозон, чийто живот е не повече от 1,56 х 10 -22 секунди, а масата е повече от 100 пъти по-голяма от масата на протона. На тази частица се приписваше способността да придава маса на всичко материално, което съществува в този свят - от атом до куп галактики. Освен това се предполагаше, че тази частица е пряко доказателство за наличието на някакво хипотетично поле, преминавайки през което всички частици придобиват тегло. Това е толкова магическо откритие.

Общата еуфория от това откритие обаче не трая дълго. Защото имаше въпроси, които нямаше как да не се появят. Наистина, ако Хигс бозонът наистина е „частица от Бога“, тогава защо неговият „живот“ е толкова мимолетен? Разбирането за Бога винаги е било свързвано с вечността. Но ако Бог е вечен, тогава всяка част от Него също трябва да бъде вечна. Би било логично и разбираемо. Но „животът“ на бозон от част от секундата с двадесет и две нули след десетичната запетая всъщност не се вписва във вечността. Трудно е дори да го наречем момент.

Освен това, ако говорим за „частицата на Бог“, тогава е необходимо ясно да се разбере, че тя трябва да бъде във всичко, което ни заобикаля и да представлява независима, дълготрайна и минимално възможна обемна единица, която съставлява всички известни частици на нашия свят.

От тези божествени частици стъпка по стъпка би трябвало да се изгради нашият свят. Частиците трябва да се състоят от тях, атомите трябва да се състоят от частици и така нататък до звездите, галактиките и Вселената. Всички известни и непознати полета също трябва да бъдат свързани с тази магическа частица и да предават не само маса, но и всяко друго взаимодействие. Мисля, че това е логично и не противоречи на здравия разум. Защото, след като свързваме тази частица с божествения принцип, трябва да имаме и адекватен отговор на нашите очаквания.

Но вече видяхме, че масата на Хигс бозона далеч надвишава дори тази на протона. Но как малкото може да се изгради от голямото? Как да вкарам слон в миша дупка?! Няма начин.

Цялата тази тема, честно казано, не е много прозрачна и обоснована. Въпреки че може би не разбирам нещо съвсем поради липсата на компетентност, все пак Хигс бозонът, по мое дълбоко убеждение, наистина не се вписва под „частицата на Бог“.

Фотонът е друг въпрос. Тази прекрасна частица напълно трансформира човешкия живот на планетата.

Благодарение на фотоните на различни лъчения ние виждаме света около нас, наслаждаваме се на слънчевата светлина и топлина, слушаме музика и гледаме телевизионни новини, диагностицираме и лекуваме, проверяваме и дефектираме метали, гледаме в космоса и проникваме в дълбините на материята, общуват помежду си от разстояние по телефона... Животът без фотони би бил немислим. Те не са просто част от живота ни. Те са нашият живот.

Фотоните всъщност са основният инструмент за комуникация между човека и света около него.Само те ни позволяват да се потопим в света около нас и с помощта на зрението, обонянието, докосването и вкуса да го разберем и да се възхищаваме на неговата красота и многоцветност. Всичко това, благодарение на тях – фотоните.

И по-нататък. Това може би е основното. Само фотоните носят светлина! И според всички религиозни канони Бог е родил тази светлина. Нещо повече, Бог - и има светлина!

Е, как можем да преодолеем изкушението тук и да не назовем фотона истинска "божия частица"!Фотон и само фотон може да претендира за тази най-висока титла! Фотонът е светлина! Фотонът е топъл! Фотонът е целият бунт от цветове на света! Photon е ароматни миризми и фини вкусове! Няма живот без фотони! И ако има, тогава кому е нужен такъв живот. Без светлина и топлина, без вкус и мирис. Никой.

Следователно, ако говорим за частица от Бог, трябва само да говорим за фотон- за този невероятен дар, даден ни от Висшите сили. Но дори и тогава, само алегорично. Защото Бог не може да има частици. Бог е един и цял и не може да бъде разделен на никакви частици.