سنتعمق كل أسبوع في فكرة فيزيائية معروفة في الأدب الشعبي ونسد الفجوة بين ما يظهر في وسائل الإعلام وما يقوله العلم حقًا. سنبدأ هذه المرة بثنائية الموجة والجسيم، وهو مفهوم بعيد المنال يثير أحيانًا أسئلة أكثر من الإجابات، لكنه في الحقيقة لم يعد يثير قلق العلماء منذ فترة طويلة.
حتى بداية القرن العشرين، اعتقد الفيزيائيون أن العالم يتكون من جسيمات. فالجسيمات بالنسبة لهم هي أجسام أولية لا يمكن تقسيمها، وهي اللبنات الأساسية للمادة في الكون. ولكي تتحرك تلك الجسيمات في الفضاء، يجب أن تكون مشحونة بالطاقة. يمكن للجسيمات زيادة احتياطي الطاقة الخاص بها من خلال الجاذبية أو الأشعة الضوئية أو مباشرة من المجالات الكهربائية والمغناطيسية. الجاذبية أو الجذب الكهربائي ينشأ من قوة أساسية في الطبيعة، ولكن ماذا عن الضوء؟ في تلك السنوات، اعترف المجتمع العلمي بالضوء كجسم موجي. عرف الفيزيائيون الموجة بأنها ظاهرة تنقل الطاقة في وسط فيزيائي، وبالتالي فإن الضوء بالضرورة ينقل الطاقة في الفضاء. ليس من الضروري أن تكون فيزيائيًا لتدرك حقيقة أن الضوء يحمل طاقة، فحرارة الشمس كافية لفهم ذلك. على مر السنين، توسع تعريف الموجة بشكل رئيسي بعد أن أدرك الفيزيائيون أن الضوء لا يحتاج إلى وسط للتحرك - فالضوء في الواقع ينشأ كموجة في المجال الكهربائي والمغناطيسي، مما يعني أنه ببساطة تعبير مختلف عن القوة الكهرومغناطيسية. وفي الوقت نفسه، فإن حقيقة أن الضوء يتصرف كموجة يمنحه قدرات خاصة - يمكنه أن ينتشر، ويتكسر، ويتداخل، والأغرب من ذلك كله، أنه يمكنه المرور عبر الجدران.
جسيم أم موجة؟
تم تقويض الإدراك الموجي للضوء في القرن العشرين بفضل العديد من الاكتشافات، أولها نشره ألبرت أينشتاين عام 1905 في مقال يشرح فيه التأثير الكهروضوئي. الفكرة البارعة وراء ذلك هي في الواقع قديمة الطراز. وخلافًا لوجهة النظر المقبولة في القرن العشرين، اعتقد نيوتن أن الضوء يتكون من تيار من الجسيمات. طرح أينشتاين الفكرة المثيرة للجدل حول التأثير الكهروضوئي، ونشر مقالًا أدى إلى حصوله على جائزة نوبل. في هذا التأثير، يمكن للضوء أن يجرد الإلكترونات من قطعة معدنية ويولد تيارًا قابلاً للقياس. والأمر المثير للدهشة هو أنه، على عكس تصور الموجة، فإن شدة التيار تتأثر بتردد الضوء. تتناقض هذه الملاحظة مع الفكرة الكلاسيكية القائلة بأن الطاقة تتناسب فقط مع سطوع الضوء. في التأثير الكهروضوئي، تبدأ الإلكترونات بالتحرر فقط فوق التردد الحرج. فوق هذا التردد، كلما كان الضوء "أكثر زرقة"، زادت طاقة الإلكترونات الحرة وزاد التيار الكهربائي (وفي الوقت نفسه، يتم إطلاق المزيد من الإلكترونات باحتمالية أعلى). ولأن التيار يزداد بشكل كبير مع تغير التردد، أدرك أينشتاين أن بنية الضوء خاطئة والقطعة المفقودة من اللغز هي في العملية المجهرية التي تحدث بين الضوء والإلكترون. ولكي يتحرر الإلكترون من المعدن، فإنه يحتاج إلى طاقة أكبر من القوة التي تربطه بالمادة. إذا كان الضوء موجة، فهي مسألة وقت فقط قبل أن يتحرر الإلكترون. إذا كان الضوء مكونًا من جسيمات، فإن الإلكترون، مع الاحتمال الأكبر، سوف يبتلع جرعة واحدة من الطاقة في كل مرة يتلامس فيها مع جسيمات الضوء (أو بالاسم التقليدي - الفوتونات). هناك عدة جرعات ممكنة ولكن بجرعات عالية جدًا. احتمال ضعيف). إذا لم تكن كمية الطاقة كافية للإطلاق، فسيتشتت الضوء بدلاً من امتصاصه. تفسير أن لون الضوء يؤثر على التيار الكهربائي هو أن الألوان الأكثر زرقة (أي تجاه اللون الأزرق في الطيف) تكون أكثر نشاطًا - حيث يتناسب جزء طاقة الفوتون مع التردد الذي يحمله. كلما كان الضوء أكثر زرقة، زاد التيار لأن الطاقة التي يمتصها الإلكترون تكون أكبر. وفي الوقت نفسه، تطلق شدة الإضاءة المزيد من الفوتونات وتزيد من كمية الإلكترونات التي تنفصل عن المعدن (على افتراض أن الطاقة كبيرة بما يكفي لتحرير الإلكترون). تعمل كلتا العمليتين على زيادة التيار ولكن تردد العتبة يرجع إلى طبيعة جسيمات الضوء والمادة. إذا كنت تشعر بالارتباك بسبب الميل إلى التفكير في الضوء أحيانًا كجسيم وأحيانًا كموجة، فأنت لست وحدك. هذا هو جوهر ازدواجية الموجة والجسيم. إذا كان الاتصال بالطاقة فقط يزعجك، فإن مفهوم "التردد" لا يهم حقًا، والشيء الرئيسي هو أن هناك طريقة لتصنيف الضوء بشكل نشط.
تأخذ المادة خصائص متموجة
الملاحظة الثانية جاءت بعد أن قام الفيزيائي دي برولي بتوسيع مبدأ الازدواجية إلى جزيئات المادة ونسب إليها الخصائص الموجية. إذا كانت طاقة جسيم الضوء تعتمد على التردد الكلاسيكي، فربما تملي طاقة جسيمات المادة ترددًا مميزًا، أو طولًا موجيًا معينًا؟ يحدد مبدأ دي برولي للفيزيائيين حد الطاقة الذي تتصرف منه المادة كموجة، أو بمعنى آخر عندما يجب أن تؤخذ نظرية الكم في الاعتبار. بل إنه يفسر لماذا لا تتصرف الأجسام الكبيرة كموجات. كلما كانت الأجسام ضخمة، كلما كان الطول الموجي أقصر. على سبيل المثال، الطول الموجي النموذجي للشخص العادي يساوي تقريبًا عشرة أس سالب أربعة وثلاثين مترًا، أي جزء من مائة مليار من مليار من مليار من مليار من المتر، وهو صغير للغاية. لكي يتم اكتشاف الظواهر الموجية في الطبيعة، يجب أن يكون الطول الموجي المميز أكثر أو أقل في ترتيب حجم النظام الفيزيائي. وإذا كان أصغر حجمًا، فإن خصائصه المتموجة لا تتغير ويمكن التعامل مع الجسم كجسم مكاني. مبدأ دي برولي ليس مجرد فكرة خيالية لعالم مشتت، بل فكرة تم تأكيدها مرارًا وتكرارًا في تجارب تشتت الإلكترونات والجسيمات الثقيلة. وفي هذه التجارب، أظهر العلماء أن الإلكترونات التي تتحرك نحو الشقوق الصغيرة تخلق نمط تداخل مشابه لموجات الضوء.
التفسير الحديث للازدواجية
فهل الضوء موجة أم جسيم؟ هل تتصرف الجسيمات أحيانًا كالموجات والعكس صحيح؟ لقد أدى تطور ميكانيكا الكم إلى تعميق فهمنا للهياكل الأساسية للطبيعة وإزالة الارتباك. لنبدأ بمبدأ دي برولي - يتضمن هذا المبدأ حجمًا مميزًا يسمى "الطول الموجي". على الرغم من الإغراء، يجب على المرء أن يكون حريصًا على عدم افتراض أن جزيئات المادة تتصرف كموجات لمجرد أننا نستطيع حساب طول موجي مشابه للضوء. أصبحت الصورة أكثر وضوحا عندما أظهر شرودنغر أن الطول الموجي المميز ينتمي إلى "موجة رياضية". في هذه المصطلحات، الموجة ليست أكثر من حل دوري لمعادلة تفاضلية (تحتوي على مشتقات). إن الموجة الرياضية هي في الواقع دالة تقوم بتقدير احتمال وجود الجسيم في أي نقطة في الفضاء. إذا كان الأمر كذلك، فإن الإجابة المقبولة على الازدواجية التي تحب الأدبيات العلمية الشعبية الاستشهاد بها هي تلك التي نقلها شرودنغر أو هايزنبرغ إلى الفيزيائيين - الضوء والمادة عبارة عن جسيمات تملي حركتها في الفضاء بواسطة موجة ترافقها (يشار إلى الموجة أحيانًا إلى الدالة الموجية للجسيم). فالموجة ليست كمية فيزيائية قابلة للقياس ولكنها تتأثر بالبيئة. عند أي نقطة في الفضاء توجد موجة ارتفاع معينة يحدد حجمها احتمالية وجود الجسيم في تلك المنطقة. هذه الإجابة غير مرضية من عدة نواحٍ، رياضيًا وجسديًا. تمت صياغة الإجابة الحقيقية مع ظهور نظرية المجال الكمي وتم شرحها في الأدبيات العلمية الحديثة - إن اللبنات الأساسية للطبيعة ليست جسيمات أو موجات، بل الحقول التي تنشأ منها الموجات. تتمتع هذه الموجات بخصائص جسيمية عند مقاييس الطاقة المنخفضة، ولكن عند مقاييس الطاقة الكبيرة يجب مراعاة التصحيحات الناشئة عن نظرية الكم للمجالات في الطبيعة. ويعتبر الاتحاد بين جزيئات المادة وجزيئات القوة في لغة رياضية موحدة (نظرية المجال الكمي) حلا كافيا لمفارقة الازدواجية، ولذلك فإن العديد من الكتب المتعلقة بميكانيكا الكم لا تكاد تخصص فصولا لهذه الازدواجية.
سأخصص كل أسبوع مقالا عن فكرة أو مفهوم شائع في الفيزياء الحديثة. إذا كان لديك اقتراحات أو طلبات لهذه الزاوية، فنحن نرحب بك في الاتصال بي على عنوان البريد الإلكتروني: Noamphysics@gmail.com
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 16
أو باسمهم الشائع - أو باسمهم الشائع
أكثر نشاطا - أكثر نشاطا
الصورة أصبحت أكثر وضوحا مع شرودنغر - الصورة أصبحت أكثر وضوحا مع شرودنغر
لكن الحقول على ظهورهم تخلق موجات - لكن الحقول على ظهورهم تخلق موجات (على الأرجح)
الضوء ليس مادة
والموجة ليست شيئًا، الموجة هي شيء يفعله شيء ما
وبالمناسبة، فإن الإلكترون والفوتون هما أيضًا جسيمات نظرية فقط
باختصار، كان أينشتاين مجرد معتوه مبالغ في تقديره
لم يخترع أي شيء قط ولم يسجل براءة اختراع واحدة في حياته.
إن مساهمته في الإنسانية هي نظرية لم يثبت حتى بعد 100 عام أنها مستحيلة.
كل هؤلاء الأساتذة أغبياء لأنهم يعتقدون أن الضوء هو مادة، أو بالأحرى لا يفكرون على الإطلاق، إنهم فقط يتقرقرون بالرسومات الموجودة في الكتاب.
حسب فهمي، يمكننا معرفة الطول الموجي للفوتون بأي دقة مطلوبة، وبالتالي يمكننا أيضًا معرفة زخمه.
ولذلك، ووفقاً لمبدأ عدم اليقين، لا يمكننا معرفة موضع الفوتون على الإطلاق بأي درجة من الدقة، على الرغم من أننا نعرف بالضبط موضع الأشعة المقطعية.
دعنا ننتقل إلى النسيج. إذا كان لدينا إلكترونين مترابطين تمامًا في الغرفة، وقياس أحدهما عند 2 والآخر عند 4، فهل يمكننا القول أنه قبل قياس الأول عند 2 لم يكن له حالة كمومية (الدوران على سبيل المثال) وكان فهل كان القياس هو الذي يحدد حالته؟ ومن ناحية أخرى، فإن الثانية المقاسة عند 4 يجب أن تكون لها الحالة المعاكسة التي نعرفها قبل وقت طويل من القياس؟ ولذلك يمكننا القول أن قياس الأول يحدد الحالة الكمومية للثاني، ولكن ليس العكس.
يقال أن لدينا سفينتين فضائيتين تمران ببعضهما البعض وفي كل منهما يتشابك جسيم مع جسيم في السفينة الفضائية الأخرى. في لحظة البدلة، تظهر الساعات الموجودة في المركبة الفضائية 0. في الأولى، يُقاس الجسيم بـ 3 في ست مرات، وفي الثانية بـ 5.
هل سيتم عكس السبينات في الجزيئات؟
من يستطيع أن يقول أن القياس الأول عند 3 حدد القياس الثاني عند 5 ولكن ليس العكس؟
لاشفيرا -
يمكن العثور على المجال الكمومي الذي يصف الحقول الكهرورومانسية A في أي تكوين تختاره مع احتمالية معينة وفقًا لفاينمان، ولكن لا يمكن العثور على انتشار موجة المجال القابل للقياس E (الكهربائي) خارج المخروط الضوئي (مكافئ الموجة الكهربائية/المغناطيسية). للضوء). يمكنك اعتبار هذا بمثابة مسارات A التي تجبر الجسم E على الخروج من مخروط الضوء.
فيما يتعلق بعدم اليقين - تذكر كيف حددنا قياس الضوء: نحتاج إلى ابتلاعه أولاً لاكتشافه. بمجرد ابتلاعه، فإن سرعته (وكذلك موقعه بصراحة) لا يهم حقًا لأنه لم يعد موجودًا. من الناحية العملية، نحن ندعي أن الفوتون يكون "موجودًا" عندما لا يكون موجودًا، ولكن قبل جزء من الثانية من وجوده. لتتبع انتشار الضوء، كل ما نحتاجه هو قياس الفارق الزمني بين لحظة مغادرة الفوتون ولحظة اصطدامه بالجسيم. بغض النظر، كلاسيكيًا أو كميًا، سيكون هناك دائمًا بعض عدم اليقين الذي يتم قياسه، لا يوجد شيء يمكننا القيام به، لا يمكننا أبدًا قياس أي شيء بدقة لا نهائية.
ما يزعجني في وصف الفوتون الموجود على مسافة ط م من المصدر هو أن الفوتون له طول موجي معين في إطار مرجعي محدد وبالتالي له زخم معين أيضًا.
لا يسمح مبدأ عدم اليقين للجسم الكمي بأن يكون له زخم وموقع محددان، سواء قمنا بقياسهما أم لا.
شكرا لك نعوم.
يقول فاينمان في QED أن الجسم الكمي، سواء كان فوتونًا أو إلكترونًا، يتحرك في جميع المسارات الممكنة ويجب تلخيص تكاملها جميعًا. على المسار القصير من المصدر إلى الخلفية، يزور الإلكترون أو الفوتون أيضًا مجرة المرأة المسلسلة.
أفهم من إجابتك أنه لأغراض القياس، فإن شعاع الضوء يتصرف بشكل كلاسيكي، ولا يمكننا قياس أي تداخل خارج مخروط الضوء الكلاسيكي. لن يعطينا أي قياس نتيجة على مسافة أكبر من ط م.
بالمناسبة، بـ DA هل تقصد Da Aka؟
إلى شابيرو،
إذا فهمت أسئلتك، فيمكن صياغتها جميعًا في سؤال واحد: هل يمكن قياس الضوء حتى خارج مخروطه الضوئي؟ أو في أي نقطة أخرى لم تحددها الأشعة المقطعية. عليك أن تكون حذرًا بين التفسيرات التي تسمعها عن ميكانيكا الكم وتلك التي تصف الطبيعة حقًا، وخاصة الطبيعة النسبية مثل الضوء. ووفقا لنظرية المجال الكمي، فإن الكميات الأولية موجودة في مجالات الطبيعة. الحقول هي كائنات غير محلية ويمكن أن تتطور مع الزمن أيضًا بشكل غير محلي، ولكن في النهاية نريد قياس الفوتونات - للقيام بذلك نحتاج إلى قياس المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء، وليس المجال الكمي المعروف باسم A الذي يخلقها . تظهر الحسابات الكمية أننا إذا حاولنا حساب احتمالية وجود مجال كهربائي يبدأ عند النقطة C وينتهي عند النقطة D، فإن مقداره سيختلف عن الصفر فقط إذا تم إجراء القياسات داخل المخروط الضوئي. لم تنكسر أي علاقة سببية، ويتصرف النظام الكمي بشكل صحيح.
دحقيقة إمكانية العثور على الفوتون أو أي جسيم آخر بفعالية في عدة أماكن في الفضاء، لا تعني أن الاحتمال هو نفسه في كل مكان في الفضاء، بل يمكن أن يتغير في كل مكان، ولا يزال يسمح بوجود الطبيعة العشوائية لميكانيكا الكم.
شكرا نعوم. سأحاول تبسيط السؤال.
أنظر إلى الساعة، عندما تشير إلى 07.00.00 أضغط على زر الليزر الأخضر الذي يشير إلى اتجاه المريخ، وهو لغرض المثال يبعد عني ساعة ضوئية واحدة.
وعلى طول الطريق الذي يبلغ طوله ساعة، هناك ساعات متفرقة تمت مزامنتها مسبقا، كما اقترح أينشتاين في حديثه عن الساعات المتزامنة في جميع أنحاء الفضاء.
اسئله:
1. هل السؤال محدد بشكل جيد؟
2. بعد دقيقة واحدة، هل الفوتونات الصادرة عن الليزر في منتصف الطريق أيضًا إلى المريخ؟
3. الفوتون الأخضر أحادي اللون له تردد محدد في إطار مرجعي معين. ألا يستبعد مبدأ عدم اليقين الموقع الدقيق للفوتون، ويجبره في الواقع على الانتشار باحتمالية متساوية في جميع أنحاء الفضاء كما يقول فاينمان؟ بعد كل شيء، فإن مربع موجة الاحتمال هو فرصة العثور على جسيم كمي عند نقطة معينة.
4. من الناحية العملية، هل يمكن العثور على الفوتونات المنبعثة من مصباح يدوي عادي في اللحظة 0 بعد دقيقة واحدة على مسافة ساعة ضوئية من المصباح اليدوي، أم أنها جميعها تقع على مسافة ط م منه؟
شكرا.
إسرائيل شابيرا,
أولا، شكرا على التعليق - تم التصحيح.
فيما يتعلق بأسئلتك - لست متأكدًا من تزامن الساعات على كوكب المريخ وعلى الأرض. لإنشاء ساعات متزامنة، يتعين عليك إنشاؤها في نفس المكان، ولكن بمجرد قطع الاتصال تصبح غير متزامنة. حتى لو كانا في نفس اللحظة على المريخ وعلى الأرض في نفس الوقت (مصطلح غريب إلى حد ما لقول "لحظة" لأن الأحداث ليست متماثلة) فإنهما يخرجان عن التزامن بعد ذلك مباشرة بسبب تأثير الجاذبية والمسافة . ولكن دعونا نضع ذلك جانبا للحظة.
تعتبر الدالة الموجية للضوء مفهومًا بعيد المنال، فميكانيكا الكم ليست نسبية، وبالتالي لا توجد معادلة شرودنغر للفوتون مكافئة كما هو الحال بالنسبة للجسيم. هذا لا يعني أنهم لم يجربوا جميع أنواع الأساليب للتحايل على هذا الأمر، أحدها هو التساؤل عن احتمال ابتلاع جسيم للفوتون - بمجرد ابتلاع الفوتون، يكون موضعه قبل البلع مباشرةً هو معروف. تتناسب الفكرة مع الفيزياء التجريبية لأننا نحتاج إلى استخدام أدوات معينة تمتص الضوء للكشف عنه. يتم تحديد هذا الاحتمال مباشرة من حلول معادلات ماكسويل، أو بمعنى آخر من المجال الكهربائي والمغناطيسي الكلاسيكي. ولذلك، بمعنى ما، يعزو البعض المعادلة الموجية الكلاسيكية للضوء إلى "الدالة الموجية للفوتون". وهذا الوصف متوافق أيضًا إذا قمنا بتضمين النسبية الخاصة في اللعبة، أي عندما تؤخذ نظرية المجال الكمي بعين الاعتبار. د- بحسب هذه التوراة لا يوجد قانون يحدد حفظ عدد الفوتونات في الكون. يمكن أن يختفوا تمامًا من العالم أو يزيد عددهم بشكل ملحوظ. ولذلك فإن وصف الضوء في نظرية المجال هو نفسه بالنسبة لجسيم واحد أو عدة جسيمات. بالطبع يمكن التمييز بين الحالتين، لكن رياضيات الحالتين مستمدة من الوصف الكمي للمجالات الكهرومغناطيسية.
نقطة أخرى - إذا كان من الممكن أن تكون معادلة ماكويل مماثلة للدالة الموجية، فلا توجد دالة واحدة للضوء لأن هناك العديد من الحلول. وهذا صحيح أيضًا بشكل كلاسيكي. يمكن أن يتركز الضوء في حزمة من الموجات حول مكان محدد مثل الليزر، أو ينتشر على نطاق واسع في الفضاء.
شكرا نعوم على المقال المثير للاهتمام.
ورقة الفوتون التي صنعها أينشتاين كانت في عام 1905، أليس كذلك؟ يقال 1909..
لديك سؤال تم طرحه هنا من قبل ولم تتم الإجابة عليه بشكل صحيح بعد.
لدينا ساعتان متزامنتان، واحدة في إسرائيل والأخرى في المريخ. المسافة بينهما لغرض المثال - ساعة ضوئية.
على طول الطريق بين إسرائيل والمريخ، تتم مزامنة الساعات أيضًا.
في اللحظة 0 على الساعة الأرضية، أضغط على زر الجهاز الذي يطلق فوتونًا أخضر واحدًا باتجاه المريخ. ويصل الفوتون إلى المريخ خلال ساعة واحدة بالضبط حسب ساعة المريخ. لا يتم إجراء أي قياس خلال كامل فترة التجربة.
اسئله:
1. هل يمكننا القول أنه خلال دقيقة واحدة حسب الساعة الموجودة في وسط الطريق لا يكون الفوتون في جوارها؟
2. نحن نعلم أنه يمكننا دائمًا العثور على الفوتون على مسافة ط م من الأرض، لكن هل يمكننا القول أن الفوتون ينتشر باحتمال متساوٍ على طول المسار بالكامل خلال وقت التجربة (ساعة)؟ إذا لم يكن الأمر كذلك، فهل هناك توزيع احتمالي معين للعثور على الفوتون؟ الجواب الكلاسيكي هو بالطبع سلبي، ولكن ما هو الجواب الكمي؟
3. إذا كانت الإجابة على 2 إيجابية وتم بالفعل تطبيق الفوتون باحتمال متساو قبل القياس، فهل يختلف هذا بالنسبة لحزمة الفوتون؟ إذا قمت بدلاً من فوتون واحد بإضاءة مصباح يدوي في إسرائيل في الوقت 0، فهل ينتشر شعاع المصباح أيضًا باحتمال متساوٍ؟
شكرا.
كل من يقرأ المقال لا يعرف ما هي المادة؟
هل المادة مفهوم كمي؟ مثل الوقت على سبيل المثال، أو طول الخط؟
في هذه المرحلة تكون المادة عبارة عن مجموعة من الحروف، وكل حرف عبارة عن خط خربشة ذو شكل فريد.
تتعامل الفيزياء مع الأشياء الكمية المستمرة، مثل طول الخط والوقت والطاقة
المادة ليست شيئًا كميًا مستمرًا.
المادة هي شكل مادي، يتم إنشاؤه من خلال الجمع بين كمية من الوقت والطاقة السلبية.
الوقت السلبي هو مفهوم فيزيائي كمي، والطاقة هي أيضا مفهوم فيزيائي كمي.
الزمن المنفعل هو راحة مطلقة وبرودة مطلقة، وهو يملأ الفضاء اللامتناهي.
الوقت السلبي هو الوسيط الذي ينقل الضوء.
عندما تكون المادة شكلاً ماديًا، تصبح الكلمات موجة وجسيمات كلمة لا معنى لها.
א
أعلم من تجربتي الشخصية أنه يمكن حقن مادة كيميائية في الجسم بدقة عالية من خلال نوع من الموجات
إلى دانيال -
لنبدأ بما ذكرته بشكل صحيح - من الصحيح القول أنه كلما كان الضوء أكثر زرقة، كلما كان أكثر نشاطًا وسيعطي المزيد من الطاقة الحركية للإلكترون بعد إطلاقه، وفي نفس الوقت شدة الإضاءة = المزيد من الفوتونات وبالتالي المزيد من الإلكترونات التي من المحتمل أن يتم إطلاقها، مما يعني زيادة التيار. لكن لاحظ الملاحظات التالية:
وفيما يتعلق بالجملة الأولى - فقد تم تقديم هذا الادعاء كافتراض صدقه الفيزيائيون في الماضي. وفي نهاية القرن التاسع عشر، افترض الفيزيائيون أن الضوء يتصرف وفق نظرية الموجة الميكانيكية، أي أن طاقة الموجة تتناسب مع سعتها (إلى أقصى ارتفاع للموجة) وليس مع ترددها (إلى أقصى ارتفاع للموجة). اللون). شدة الإضاءة تساوي زيادة السعة. إذا كانت السعة أكبر، فإن الطاقة لكل وحدة مساحة تسقط على السطح تكون أكبر، وبالتالي تسقط طاقة أكبر على الإلكترون. ونتيجة لزيادة شدة الإضاءة، يزداد التيار. لماذا ؟ من المحتمل أن يتم إطلاق المزيد من الإلكترونات إذا زادت الطاقة لكل وحدة مساحة (لاحظ أنه ليست كل الإلكترونات مرتبطة بشكل قوي بالمعدن) والتيار ليس فقط دالة على عدد الإلكترونات، ولكن أيضًا على سرعة حركتها . المزيد من الطاقة التي يتم إلقاؤها في المعدن تعادل إلكترونات أكثر نشاطًا تتحرك بشكل أسرع. الفكرة في الجملة هي أنه بغض النظر عن لون الإضاءة، المزيد من الضوء = أكثر تيارًا. بالطبع هذا غير صحيح لأنه ليس ما يتم قياسه في النهاية، ولكنه افتراض طبيعي يأتي من النظرية الموجية. ما ترونه هو أنه حتى لو سلطنا ضوءًا أحمر ساطعًا، فلن يتم قياس أي تيار تقريبًا. ربما تكون عبارة "لا يزيد دائمًا" مفقودة في الجملة المكتوبة.
فيما يتعلق بالجملة الثانية - فهي جيدة أيضًا لأنه يمكن أن تحدث عمليات غير خطية ويمكن للإلكترون أن يبتلع باحتمالات أقل بعض الفوتونات الأقل نشاطًا ويتحرر من المعدن، حتى لو لم يكن الفوتون الواحد نشيطًا بما يكفي لإطلاقه. إذا كان الضوء أكثر زرقة، فستكون هناك حاجة إلى عدد أقل من الفوتونات للإطلاق، وبعبارة أخرى، يزداد احتمال الإطلاق. ومع زيادة الاحتمال، يزداد عدد الإلكترونات المنطلقة ويزداد التيار أيضًا (تذكر أن التيار يعتمد على كثافة الإلكترونات وسرعتها).
الضوء الأزرق = احتمالية أكبر للانبعاث = المزيد من الإلكترونات = تيار أكبر.
وأذكر مرة أخرى، ليست كل الإلكترونات مرتبطة بنفس الدرجة، وبالنسبة لبعضها يكفي الضوء الأحمر لانفصالها عن المعدن، وبالطبع يمكن قياس ذلك.
على أية حال، فقد أحطت علما وحسنت المطالبات الواردة في المقال.
"الظاهرة المدهشة هي أنه، على عكس التصور الموجي، فإن شدة الإضاءة لا تزيد من شدة التيار الكهربائي"
وهذا بالطبع خطأ كامل، في الواقع كل فقرة خاطئة تمامًا.
يؤثر تردد الضوء على الطاقة الحركية للإلكترونات، بينما تؤثر شدة الضوء (عدد الفوتونات) على عدد الجزيئات المنبعثة (على افتراض، بالطبع، أن التردد مرتفع بما فيه الكفاية)، أي الشدة من الضوء يؤثر بالتأكيد على التيار.
"كلما كان الضوء "أكثر زرقة"، فإنه يطلق المزيد من الإلكترونات ويزيد من التيار الكهربائي" - غير صحيح، كلما زاد تردد الضوء، زادت الطاقة الحركية للإلكترونات.
مبادرة جميلة.
مقال مثير للاهتمام من مونيه:
https://m.ynet.co.il/articles/rk15j5d1y
وسأكون سعيدا إذا كان هناك توسع في هذا الموضوع هنا أيضا.
شكرا مقدما.