Vandag sal ons praat oor Lebedev se eksperiment om die druk van ligfotone te bewys. Ons sal die belangrikheid van hierdie ontdekking openbaar en die agtergrond wat daartoe gelei het.
Kennis is nuuskierigheid
Daar is twee standpunte oor die verskynsel van nuuskierigheid. Die een word uitgedruk deur die gesegde "nuuskierige Varvara se neus is by die mark afgeskeur", en die ander - deur die gesegde "nuuskierigheid is nie 'n ondeug nie." Hierdie paradoks word maklik opgelos as 'n mens onderskei tussen gebiede waarin belangstelling nie welkom is nie of, inteendeel, nodig is.
Johannes Kepler is nie gebore om 'n wetenskaplike te word nie: sy pa het in die oorlog geveg, en sy ma het 'n taverne gehou. Maar hy het buitengewone vermoëns gehad en was natuurlik nuuskierig. Boonop het Kepler aan 'n ernstige gesiggestremdheid gely. Maar dit was hy wat ontdekkings gemaak het, waardeur die wetenskap en die hele wêreld is waar hulle nou is. Johannes Kepler is bekend daarvoor dat hy die planetêre stelsel van Copernicus verduidelik het, maar vandag sal ons praat oor ander prestasies van die wetenskaplike.
Traagheid en golflengte: 'n Middeleeuse nalatenskap
Vyftigduisend jaar gelede het wiskunde en fisika aan die "Kuns"-afdeling behoort. Daarom was Copernicus besig met die meganika van die beweging van liggame (insluitend hemelse), en optika en swaartekrag. Dit was hy wat die bestaan van traagheid bewys het. Uit die gevolgtrekkingsHierdie wetenskaplike het moderne meganika ontwikkel, die konsep van die interaksies van liggame, die wetenskap van die uitruil van snelhede van kontak met voorwerpe. Copernicus het ook 'n harmonieuse stelsel van lineêre optika ontwikkel.
Hy het konsepte soos:
bekendgestel
- "breking van lig";
- "breking";
- "optiese as";
- "totale interne refleksie";
- "verligting".
En sy navorsing het uiteindelik die golfaard van lig bewys en gelei tot Lebedev se eksperiment om die druk van fotone te meet.
Kwantumeienskappe van lig
Eerstens is dit die moeite werd om die essensie van lig te definieer en te praat oor wat dit is. 'n Foton is 'n kwantum van 'n elektromagnetiese veld. Dit is 'n pakket van energie wat deur die ruimte as 'n geheel beweeg. Jy kan nie 'n bietjie energie van 'n foton "afbyt" nie, maar dit kan getransformeer word. As lig byvoorbeeld deur 'n stof geabsorbeer word, kan sy energie binne die liggaam veranderinge ondergaan en 'n foton met 'n ander energie terugstuur. Maar formeel sal dit nie dieselfde hoeveelheid lig wees wat geabsorbeer is nie.
'n Voorbeeld hiervan sal 'n soliede metaalbal wees. As 'n stuk materie van sy oppervlak af geskeur word, sal die vorm verander, dit sal ophou om sferies te wees. Maar as jy die hele voorwerp smelt, 'n bietjie vloeibare metaal neem en dan 'n kleiner bal van die oorblyfsels skep, dan sal dit weer 'n bol wees, maar anders, nie dieselfde as voorheen nie.
Golfeienskappe van lig
Fotone het die eienskappe van 'n golf. Basiese parameters is:
- golflengte (kenmerk spasie);
- frekwensie (karakteriseertyd);
- amplitude (kenmerk die sterkte van die ossillasie).
As 'n kwantum van 'n elektromagnetiese veld het 'n foton egter ook 'n voortplantingsrigting (aangedui as 'n golfvektor). Daarbenewens is die amplitudevektor in staat om om die golfvektor te draai en golfpolarisasie te skep. Met die gelyktydige emissie van verskeie fotone word die fase, of eerder die faseverskil, ook 'n belangrike faktor. Onthou dat die fase daardie deel van die ossillasie is wat die golffront op 'n bepaalde tydstip het (styging, maksimum, daling of minimum).
Massa en energie
Soos Einstein geestig bewys het, is massa energie. Maar in elke spesifieke geval kan die soeke na 'n wet waarvolgens een waarde in 'n ander verander, moeilik wees. Al die bogenoemde golfkenmerke van lig is nou verwant aan energie. Naamlik: die verhoging van die golflengte en die vermindering van die frekwensie beteken minder energie. Maar aangesien daar energie is, dan moet die foton massa hê, daarom moet daar ligte druk wees.
Ervaringstruktuur
Aangesien fotone egter baie klein is, moet hul massa ook klein wees. Om 'n toestel te bou wat dit met voldoende akkuraatheid kon bepaal, was 'n moeilike tegniese taak. Russiese wetenskaplike Lebedev Petr Nikolaevich was die eerste om dit te hanteer.
Die eksperiment self was gebaseer op die ontwerp van die gewigte wat die wringmoment bepaal het.’n Dwarsbalk is aan’n silwer draad gehang. Aan sy punte was identiese dun plate van verskillendemateriaal. Meestal is metale (silwer, goud, nikkel) in Lebedev se eksperiment gebruik, maar daar was ook mika. Die hele struktuur is in 'n glashouer geplaas, waarin 'n vakuum geskep is. Daarna is een plaat verlig, terwyl die ander in die skadu gebly het. Lebedev se ervaring het bewys dat verligting van een kant daartoe lei dat die skubbe begin draai. Volgens die hoek van afwyking het die wetenskaplike die sterkte van lig beoordeel.
Ervaar probleme
Aan die begin van die twintigste eeu was dit moeilik om 'n voldoende akkurate eksperiment op te stel. Elke fisikus het geweet hoe om 'n vakuum te skep, met glas te werk en oppervlaktes te poets. In werklikheid is kennis met die hand verkry. Op daardie tydstip was daar geen groot korporasies wat die nodige toerusting in honderde stukke sou vervaardig nie. Lebedev se toestel is met die hand geskep, so die wetenskaplike het 'n aantal probleme ondervind.
Die vakuum op daardie tydstip was nie eens gemiddeld nie. Die wetenskaplike het lug onder 'n glasdop met 'n spesiale pomp uitgepomp. Maar die eksperiment het op sy beste in 'n skaars atmosfeer plaasgevind. Dit was moeilik om die druk van lig (impulsoordrag) te skei van die verhitting van die verligte kant van die toestel: die grootste struikelblok was die teenwoordigheid van gas. As die eksperiment in 'n diep vakuum uitgevoer word, sou daar geen molekules wees waarvan die Brownse beweging aan die verligte kant sterker sou wees nie.
Die sensitiwiteit van die defleksiehoek het veel te wense oorgelaat. Moderne skroefsoekers kan hoeke tot miljoenstes van 'n radiaal meet. Aan die begin van die negentiende eeu kon die skaal met die blote oog gesien word. Tegniektyd kon nie identiese gewig en grootte van die plate verskaf nie. Dit het dit op sy beurt weer onmoontlik gemaak om die massa eweredig te versprei, wat ook probleme met die bepaling van die wringkrag geskep het.
Die isolasie en struktuur van die draad beïnvloed die resultaat grootliks. As die een kant van die metaalstuk om een of ander rede meer verhit is (dit word 'n temperatuurgradiënt genoem), dan kan die draad sonder ligte druk begin draai. Ten spyte van die feit dat Lebedev se toestel redelik eenvoudig was en 'n groot fout gegee het, is die feit van momentumoordrag deur fotone van lig bevestig.
Vorm van beligtingsplate
Die vorige afdeling het baie tegniese probleme gelys wat in die eksperiment bestaan het, maar het nie die hoofsaak – lig – beïnvloed nie. Suiwer teoreties stel ons ons voor dat 'n straal monochromatiese strale op die plaat val, wat streng parallel aan mekaar is. Maar aan die begin van die twintigste eeu was die bron van lig die son, kerse en eenvoudige gloeilampe. Om die strale strale parallel te maak, is komplekse lensstelsels gebou. En in hierdie geval was die ligintensiteitskromme van die bron die belangrikste faktor.
In fisikaklas word daar dikwels gesê dat strale van een punt af kom. Maar regte ligopwekkers het sekere afmetings. Die middel van 'n filament kan ook meer fotone uitstraal as die rande. Gevolglik verlig die lamp sommige areas om hom beter as ander. Die lyn wat om die hele ruimte gaan met dieselfde beligting vanaf 'n gegewe bron word die ligintensiteitskromme genoem.
Bloedmaan en gedeeltelike verduistering
Vampierromans is vol verskriklike transformasies wat met mense en die natuur in die bloedmaan gebeur. Maar dit sê nie dat hierdie verskynsel nie gevrees moet word nie. Omdat dit die gevolg is van die groot grootte van die Son. Die deursnee van ons sentrale ster is ongeveer 110 aarddiameters. Terselfdertyd bereik fotone wat van beide die een en die ander rand van die sigbare skyf uitgestraal word die oppervlak van die planeet. Wanneer die Maan dus in die penumbra van die Aarde val, word dit nie heeltemal verduister nie, maar word as 't ware rooi. Die atmosfeer van die planeet is ook die skuld vir hierdie skakering: dit absorbeer alle sigbare golflengtes, behalwe vir oranjes. Onthou, die Son word ook rooi met sononder, en dit alles juis omdat dit deur 'n dikker laag van die atmosfeer gaan.
Hoe word die aarde se osoonlaag geskep?
'n Noukeurige leser mag vra: "Wat het die druk van lig met Lebedev se eksperimente te doen?" Die chemiese effek van lig, terloops, is ook te wyte aan die feit dat die foton momentum dra. Hierdie verskynsel is naamlik verantwoordelik vir sommige lae van die planeet se atmosfeer.
Soos jy weet, absorbeer ons lugsee hoofsaaklik die ultravioletkomponent van sonlig. Boonop sou lewe in 'n bekende vorm onmoontlik wees as die rotsagtige oppervlak van die aarde in ultraviolet lig gebaai word. Maar op’n hoogte van sowat 100 km is die atmosfeer nog nie dik genoeg om alles te absorbeer nie. En ultraviolet kry die geleentheid om direk met suurstof te kommunikeer. Dit breek die molekules O2 invry atome en bevorder hul kombinasie in 'n ander wysiging - O3. In sy suiwer vorm is hierdie gas dodelik. Daarom word dit gebruik om lug, water, klere te ontsmet. Maar as deel van die aarde se atmosfeer beskerm dit alle lewende dinge teen die uitwerking van skadelike straling, want die osoonlaag absorbeer kwanta van die elektromagnetiese veld baie effektief met energieë bo die sigbare spektrum.
