Gagasan pertama ilmuwan kuno tentang apa itu cahaya sangat naif. Ada beberapa sudut pandang. Beberapa percaya bahwa tentakel tipis khusus keluar dari mata dan kesan visual muncul ketika mereka merasakan objek. Sudut pandang ini memiliki banyak pengikut, di antaranya adalah Euclid, Ptolemy dan banyak ilmuwan dan filsuf lainnya. Yang lain, sebaliknya, percaya bahwa sinar dipancarkan oleh tubuh bercahaya dan, mencapai mata manusia, membawa jejak objek bercahaya. Sudut pandang ini dipegang oleh Lucretius, Democritus.

Pada saat yang sama, Euclid merumuskan hukum perambatan cahaya bujursangkar. Dia menulis: "Sinar yang dipancarkan oleh mata merambat di sepanjang jalan yang lurus."

Namun, kemudian, sudah di Abad Pertengahan, gagasan tentang sifat cahaya seperti itu kehilangan maknanya. Semakin sedikit ilmuwan yang mengikuti pandangan ini. Dan pada awal abad XVII. sudut pandang ini bisa dianggap sudah terlupakan.

Pada abad ke-17, hampir bersamaan, dua teori yang sama sekali berbeda tentang apa itu cahaya dan apa sifatnya mulai berkembang.

Salah satu teori ini dikaitkan dengan nama Newton, dan yang lainnya dengan nama Huygens.

Newton menganut apa yang disebut teori sel cahaya, yang menyatakan bahwa cahaya adalah aliran partikel yang datang dari sumber ke segala arah (transfer zat).

Menurut Huygens, cahaya adalah aliran gelombang yang merambat dalam medium hipotetis khusus - eter, yang mengisi semua ruang dan menembus semua benda.

Kedua teori tersebut telah ada secara paralel sejak lama. Tak satu pun dari mereka bisa memenangkan kemenangan yang menentukan. Hanya otoritas Newton yang memaksa mayoritas ilmuwan untuk lebih memilih teori sel. Hukum perambatan cahaya yang diketahui pada saat itu dari pengalaman kurang lebih berhasil dijelaskan oleh kedua teori tersebut.

Berdasarkan teori sel darah, sulit untuk menjelaskan mengapa berkas cahaya, yang melintasi ruang angkasa, tidak bekerja satu sama lain dengan cara apa pun. Bagaimanapun, partikel cahaya harus bertabrakan dan menyebar.

Teori gelombang menjelaskan hal ini dengan mudah. Gelombang, misalnya, di permukaan air, dengan bebas melewati satu sama lain tanpa pengaruh timbal balik.

Namun, perambatan cahaya bujursangkar, yang mengarah pada pembentukan bayangan tajam di belakang objek, sulit dijelaskan berdasarkan teori gelombang. Di bawah teori sel darah, propagasi cahaya bujursangkar hanyalah konsekuensi dari hukum inersia.

Posisi yang tidak pasti seperti itu mengenai sifat cahaya bertahan sampai awal abad ke-19, ketika fenomena difraksi cahaya (menyelubungi cahaya di sekitar rintangan) dan interferensi cahaya (intensifikasi atau melemahnya iluminasi ketika berkas cahaya ditumpangkan satu sama lain) ditemukan. . Fenomena ini melekat secara eksklusif dalam gerakan gelombang. Mustahil untuk menjelaskannya dengan bantuan teori sel. Oleh karena itu, tampaknya teori gelombang telah memenangkan kemenangan final dan lengkap.

Keyakinan tersebut terutama diperkuat ketika Maxwell menunjukkan pada paruh kedua abad ke-19 bahwa cahaya adalah kasus khusus dari gelombang elektromagnetik. Karya Maxwell meletakkan dasar bagi teori elektromagnetik cahaya.

Setelah penemuan eksperimental gelombang elektromagnetik oleh Hertz, tidak ada keraguan bahwa cahaya berperilaku seperti gelombang selama propagasi.

Namun, pada akhir abad ke-19, gagasan tentang sifat cahaya mulai berubah secara radikal. Tiba-tiba ternyata teori corpuscular yang ditolak masih relevan dengan kenyataan.

Ketika dipancarkan dan diserap, cahaya berperilaku seperti aliran partikel.

Terputus-putus, atau, seperti yang mereka katakan, sifat kuantum cahaya telah ditemukan. Situasi yang tidak biasa telah muncul: fenomena interferensi dan difraksi masih dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai gelombang, dan fenomena radiasi dan penyerapan dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai aliran partikel. Kedua ide yang tampaknya tidak sesuai tentang sifat cahaya di tahun 30-an abad XX ini berhasil digabungkan secara konsisten dalam teori fisika baru yang luar biasa - elektrodinamika kuantum.

1. Sifat gelombang cahaya

Terlibat dalam peningkatan teleskop, Newton menarik perhatian pada fakta bahwa gambar yang diberikan oleh lensa diwarnai di tepinya. Dia menjadi tertarik pada hal ini dan merupakan orang pertama yang "menyelidiki keragaman sinar cahaya dan kekhasan warna yang dihasilkan dari ini, yang bahkan tidak diketahui siapa pun sebelumnya" (kata-kata dari tulisan di kuburan Newton). Eksperimen dasar Newton sangat sederhana. . Newton menebak untuk mengirim berkas cahaya penampang kecil ke prisma. Seberkas sinar matahari memasuki ruangan yang gelap melalui lubang kecil di jendela. Jatuh di atas prisma kaca, itu dibiaskan dan memberi di dinding seberangnya gambar memanjang dengan pergantian warna-warni. Mengikuti tradisi berabad-abad bahwa pelangi dianggap terdiri dari tujuh warna primer, Newton juga mengidentifikasi tujuh warna: ungu, biru, cyan, hijau, kuning, oranye, dan merah. Newton menyebut jalur pelangi itu sendiri sebagai spektrum.

Menutup lubang dengan kaca merah, Newton hanya mengamati titik merah di dinding, menutupnya dengan biru-biru, dll. Dari sini dapat disimpulkan bahwa bukan prisma yang mewarnai cahaya putih, seperti yang diasumsikan sebelumnya. Prisma tidak berubah warna, tetapi hanya menguraikannya menjadi bagian-bagian komponennya. Cahaya putih memiliki struktur yang kompleks. Dimungkinkan untuk membedakan balok berbagai warna darinya, dan hanya aksi gabungannya yang memberi kita kesan warna putih. Padahal, jika menggunakan prisma kedua diputar 180 derajat relatif terhadap yang pertama. Kumpulkan semua sinar spektrum, sekali lagi Anda mendapatkan cahaya putih. Jika kita memilih bagian mana pun dari spektrum, misalnya hijau, dan memaksa cahaya melewati prisma lain, kita tidak akan lagi mendapatkan perubahan warna lebih lanjut.

Kesimpulan penting lain yang didapat Newton dirumuskan olehnya dalam risalahnya tentang "Optik" sebagai berikut: "Berkas cahaya yang berbeda warnanya berbeda dalam derajat pembiasannya." Sinar ungu paling kuat dibiaskan, sinar merah lebih sedikit daripada sinar lainnya. Ketergantungan indeks bias cahaya pada warnanya disebut dispersi (dari kata Latin Dispergo, saya hamburkan).

Newton lebih lanjut meningkatkan pengamatan spektrum untuk mendapatkan warna yang lebih murni. Bagaimanapun, bintik-bintik bulat berwarna dari berkas cahaya yang melewati prisma sebagian saling tumpang tindih. Alih-alih lubang bundar, celah sempit (A) digunakan, diterangi oleh sumber yang terang. Di belakang celah terdapat lensa (B) yang menghasilkan bayangan pada layar (D) berupa garis putih sempit. Jika sebuah prisma (C) ditempatkan pada lintasan sinar, maka bayangan celah akan diregangkan menjadi spektrum, strip berwarna, transisi warna dari merah ke ungu mirip dengan yang diamati pada pelangi. Pengalaman Newton ditunjukkan pada Gambar

Jika Anda menutupi celah dengan kaca berwarna, mis. Jika Anda mengarahkan cahaya berwarna pada prisma dan bukan cahaya putih, bayangan celah akan direduksi menjadi persegi panjang berwarna yang terletak di tempat yang sesuai dalam spektrum, mis. tergantung pada warnanya, cahaya akan menyimpang ke sudut yang berbeda dari gambar aslinya. Pengamatan yang dijelaskan menunjukkan bahwa sinar dengan warna berbeda dibiaskan secara berbeda oleh prisma.

Newton memverifikasi kesimpulan penting ini dengan banyak eksperimen. Yang paling penting dari mereka terdiri dalam menentukan indeks bias sinar warna berbeda yang diekstraksi dari spektrum. Untuk tujuan ini, sebuah lubang dipotong di layar tempat spektrum diperoleh; dengan menggerakkan layar, dimungkinkan untuk melepaskan seberkas sinar sempit dari satu warna atau lainnya melalui lubang. Metode penyorotan sinar homogen ini lebih sempurna daripada penyorotan dengan kaca berwarna. Eksperimen telah menunjukkan bahwa balok yang dipilih seperti itu, dibiaskan dalam prisma kedua, tidak lagi meregangkan strip. Balok seperti itu sesuai dengan indeks bias tertentu, yang nilainya tergantung pada warna sinar yang dipilih.

Dengan demikian, eksperimen utama Newton mengandung dua penemuan penting:

1. Cahaya dengan warna yang berbeda dicirikan oleh indeks bias yang berbeda dalam suatu zat (dispersi).

2. Putih adalah kumpulan warna-warna sederhana.

Mengetahui bahwa cahaya putih memiliki struktur yang kompleks, seseorang dapat menjelaskan keragaman warna yang menakjubkan di alam. Jika suatu benda, misalnya selembar kertas, memantulkan semua sinar berbagai warna yang jatuh di atasnya, maka benda itu akan tampak putih. Dengan menutupi kertas dengan lapisan cat, kita tidak menciptakan cahaya warna baru, tetapi mempertahankan sebagian cahaya yang ada pada lembaran. Hanya sinar merah yang sekarang akan dipantulkan, sisanya akan diserap oleh lapisan cat. Rerumputan dan dedaunan pohon tampak hijau bagi kita karena semua sinar matahari yang mengenainya, mereka hanya memantulkan yang hijau, menyerap sisanya. Jika Anda melihat rumput melalui kaca merah, yang hanya memancarkan sinar merah, itu akan tampak hampir hitam.

Kita sekarang tahu bahwa warna yang berbeda sesuai dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Oleh karena itu, penemuan pertama Newton dapat dirumuskan sebagai berikut: indeks bias materi bergantung pada panjang gelombang cahaya. Biasanya meningkat seiring dengan penurunan panjang gelombang.

Interferensi cahaya diamati untuk waktu yang sangat lama, tetapi mereka tidak menyadarinya. Banyak orang telah melihat pola interferensi ketika mereka bersenang-senang meniup gelembung sabun di masa kanak-kanak atau menyaksikan luapan warna-warni lapisan tipis minyak tanah di permukaan air. Ini adalah gangguan cahaya yang membuat gelembung sabun begitu mengagumkan.

Sifat-sifat keadaan elektron dalam suatu atom didasarkan pada kedudukan mekanika kuantum tentang sifat rangkap elektron, yang secara bersamaan memiliki sifat partikel dan sifat gelombang.

Untuk pertama kalinya, sifat gelombang sel ganda ditetapkan untuk cahaya. Studi tentang sejumlah fenomena (radiasi dari benda pijar, efek fotolistrik, spektrum atom) mengarah pada kesimpulan bahwa energi dipancarkan dan diserap tidak terus menerus, tetapi secara terpisah, dalam bagian yang terpisah (kuanta). Asumsi kuantisasi energi pertama kali dibuat oleh Max Planck (1900) dan didukung oleh Albert Einstein (1905): energi kuantum (∆E) bergantung pada frekuensi radiasi (ν):

= hν, di mana h = 6,63 10 -34 J s adalah konstanta Planck.

Menyamakan energi foton hν dengan total cadangan energinya mс 2 dan, dengan memperhitungkan bahwa =с/λ, kita memperoleh hubungan yang menyatakan hubungan antara gelombang dan sifat sel dari foton:

Pada tahun 1924 Louis de Broglie menyarankan bahwa sifat gelombang sel ganda tidak hanya melekat pada radiasi, tetapi juga dalam partikel material apa pun: setiap partikel memiliki massa (m) dan bergerak dengan kecepatan (υ) sesuai dengan proses gelombang dengan panjang gelombang :

λ = h / m(55)

Semakin kecil massa partikel, semakin panjang panjang gelombangnya. Oleh karena itu, sulit untuk mendeteksi sifat gelombang dari partikel makro.

Pada tahun 1927, ilmuwan Amerika Davisson dan Germer, orang Inggris Thomson dan ilmuwan Soviet Tartakovskii secara independen menemukan difraksi elektron, yang merupakan konfirmasi eksperimental sifat gelombang elektron. Belakangan ditemukan difraksi (interferensi) partikel , neutron, proton, atom, dan bahkan molekul. Saat ini, difraksi elektron digunakan untuk mempelajari struktur materi.

Sifat gelombang partikel elementer mengandung salah satu prinsip mekanika gelombang: prinsip ketidakpastian (W. Heisenberg 1925): untuk benda kecil pada skala atom, tidak mungkin untuk secara bersamaan secara akurat menentukan posisi partikel di ruang angkasa dan kecepatannya (momentum). Semakin tepat koordinat suatu partikel ditentukan, semakin tidak pasti kecepatannya, dan sebaliknya. Hubungan ketidakpastian memiliki bentuk:

di mana x adalah ketidakpastian posisi partikel, x adalah ketidakpastian besarnya momentum atau kecepatan dalam arah x. Hubungan serupa juga ditulis untuk koordinat y dan z. Nilai yang termasuk dalam hubungan ketidakpastian sangat kecil, oleh karena itu, untuk partikel makro, ketidakpastian nilai koordinat dan momentum dapat diabaikan.

Oleh karena itu, tidak mungkin menghitung lintasan elektron dalam medan inti; seseorang hanya dapat memperkirakan probabilitas keberadaannya di dalam atom dengan menggunakan fungsi gelombang , yang menggantikan gagasan klasik tentang lintasan. Fungsi gelombang mencirikan amplitudo gelombang tergantung pada koordinat elektron, dan kuadratnya 2 menentukan distribusi spasial elektron dalam atom. Dalam versi paling sederhana, fungsi gelombang bergantung pada tiga koordinat spasial dan memungkinkan untuk menentukan probabilitas menemukan elektron dalam ruang atom atau orbit . Dengan demikian, orbital atom (AO) adalah wilayah ruang atom di mana probabilitas menemukan elektron paling besar.

Fungsi gelombang diperoleh dengan memecahkan hubungan dasar mekanika gelombang - persamaanSchrödinger (1926) :

(57)

di mana h adalah konstanta Planck, adalah variabel, U adalah energi potensial partikel, E adalah energi total partikel, x, y, z, adalah koordinat.

Jadi, kuantisasi energi sistem mikro mengikuti langsung dari solusi persamaan gelombang. Fungsi gelombang sepenuhnya mencirikan keadaan elektron.

Fungsi gelombang suatu sistem adalah fungsi dari keadaan sistem, kuadratnya sama dengan kerapatan probabilitas menemukan elektron pada setiap titik dalam ruang. Itu harus memenuhi kondisi standar: terus menerus, terbatas, bernilai tunggal, lenyap di mana tidak ada elektron.

Solusi eksak diperoleh untuk atom hidrogen atau ion mirip hidrogen; untuk sistem banyak elektron, berbagai pendekatan digunakan. Permukaan yang membatasi 90-95% dari kemungkinan menemukan elektron atau kerapatan elektron disebut batas. Orbital atom dan kerapatan awan elektron memiliki permukaan batas (bentuk) yang sama dan orientasi spasial yang sama. Orbital atom elektron, energi dan arahnya di ruang angkasa bergantung pada empat parameter - bilangan kuantum : utama, orbital, magnet dan spin. Tiga yang pertama mencirikan gerakan elektron di ruang angkasa, dan yang keempat - di sekitar porosnya sendiri.

bilangan kuantumn – hal utama . Ini menentukan tingkat energi elektron dalam atom, jarak tingkat dari nukleus, dan ukuran awan elektron. Dibutuhkan nilai integer dari 1 hingga dan sesuai dengan nomor periode. Dari sistem periodik untuk setiap elemen, dengan jumlah periode, Anda dapat menentukan jumlah tingkat energi atom, dan tingkat energi mana yang eksternal. Lebih n, semakin besar energi interaksi elektron dengan inti. Pada n= 1 atom hidrogen dalam keadaan dasar, at n> 1 - dalam bersemangat. Jika sebuah n, maka elektron telah meninggalkan volume atom. Atom terionisasi.

Misalnya, unsur kadmium Cd terletak pada periode kelima, jadi n=5. Dalam atomnya, elektron didistribusikan melalui lima tingkat energi (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); tingkat kelima akan menjadi eksternal (n = 5).

Karena elektron, bersama dengan sifat-sifat gelombang, memiliki sifat-sifat partikel material, elektron, yang memiliki massa m, kecepatan gerak V, dan berada pada jarak dari inti r, memiliki momen momentum: = mVr.

Momentum sudut adalah karakteristik kedua (setelah energi) elektron dan dinyatakan dalam bilangan kuantum sisi (azimut, orbital).

Bilangan kuantum orbitalaku- menentukan bentuk awan elektron (Gbr. 7), energi elektron pada sublevel, jumlah energi sublevel. Mengambil nilai dari 0 hingga n– 1. Selain nilai numerik aku memiliki huruf. Elektron dengan nilai yang sama aku membentuk sublevel.

Di setiap level kuantum, jumlah sublevel dibatasi secara ketat dan sama dengan jumlah lapisan. Sublevel, seperti level energi, diberi nomor berdasarkan urutan jaraknya dari nukleus (Tabel 26).

Menurut konsep fisika klasik, cahaya adalah gelombang elektromagnetik dalam rentang frekuensi tertentu. Namun, interaksi cahaya dengan materi terjadi seolah-olah cahaya adalah aliran partikel.

Pada zaman Newton, ada dua hipotesis tentang sifat cahaya - sel darah, yang dipatuhi Newton, dan melambai. Pengembangan lebih lanjut dari teknik dan teori eksperimental membuat pilihan yang mendukung teori gelombang .

Tetapi pada awal abad XX. masalah baru muncul: interaksi cahaya dengan materi tidak dapat dijelaskan dalam kerangka teori gelombang.

Ketika sepotong logam diterangi dengan cahaya, elektron terbang keluar darinya ( efek fotoelektrik). Diharapkan bahwa kecepatan elektron yang dipancarkan (energi kinetiknya) akan semakin besar, semakin besar energi gelombang datang (intensitas cahaya), tetapi ternyata kecepatan elektron umumnya tidak tergantung pada intensitas cahaya, tetapi ditentukan oleh frekuensinya (warna).

Fotografi didasarkan pada fakta bahwa beberapa bahan menjadi gelap setelah penerangan dengan cahaya dan perlakuan kimia berikutnya, dan tingkat kehitamannya sebanding dengan waktu penerangan dan penerangan. Jika lapisan bahan tersebut (pelat fotografi) disinari dengan cahaya pada frekuensi tertentu, maka setelah pengembangan, permukaan yang homogen akan berubah menjadi hitam. Dengan penurunan intensitas cahaya, kita akan mendapatkan permukaan yang seragam dengan warna hitam yang semakin sedikit (berbagai corak abu-abu). Dan semuanya berakhir dengan fakta bahwa pada pencahayaan yang sangat rendah kita tidak mendapatkan tingkat penghitaman permukaan yang sangat kecil, tetapi titik-titik hitam tersebar secara acak di permukaan! Seolah-olah cahaya hanya mengenai tempat-tempat ini.

Fitur interaksi cahaya dengan materi memaksa fisikawan untuk kembali ke teori sel.

Interaksi cahaya dengan materi terjadi seolah-olah cahaya adalah aliran partikel, energi dan detak yang terkait dengan frekuensi cahaya oleh hubungan

E =hv;p=E /c=hv /c,

di mana h adalah konstanta Planck. Partikel ini disebut foton.

efek fotoelektrik bisa dipahami jika seseorang mengambil sudut pandang teori sel dan menganggap cahaya sebagai aliran partikel. Tapi kemudian muncul masalah, apa yang harus dilakukan dengan sifat-sifat cahaya lainnya, yang ditangani oleh cabang fisika yang luas - optik berdasarkan fakta bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

Situasi di mana fenomena individu dijelaskan dengan bantuan asumsi khusus yang tidak cocok satu sama lain atau bahkan bertentangan satu sama lain dianggap tidak dapat diterima, karena fisika mengklaim menciptakan gambaran dunia yang terpadu. Dan konfirmasi validitas klaim ini hanyalah fakta bahwa sesaat sebelum kesulitan yang muncul sehubungan dengan efek fotolistrik, optik direduksi menjadi elektrodinamika. fenomena gangguan dan difraksi tentu saja tidak setuju dengan gagasan tentang partikel, tetapi beberapa sifat cahaya dijelaskan dengan baik dari kedua sudut pandang. Gelombang elektromagnetik memiliki energi dan momentum, dan momentum sebanding dengan energi. Ketika cahaya diserap, ia mentransfer momentumnya, yaitu, gaya tekanan yang sebanding dengan intensitas cahaya bekerja pada penghalang. Aliran partikel juga memberikan tekanan pada penghalang, dan dengan hubungan yang sesuai antara energi dan momentum partikel, tekanan akan sebanding dengan intensitas aliran. Pencapaian penting dari teori ini adalah penjelasan tentang hamburan cahaya di udara, sebagai akibatnya menjadi jelas, khususnya, mengapa langit berwarna biru. Ini mengikuti dari teori bahwa frekuensi cahaya tidak berubah selama hamburan.

Namun, jika Anda mengambil sudut pandang teori sel dan mempertimbangkan bahwa karakteristik cahaya, yang dalam teori gelombang dikaitkan dengan frekuensi (warna), dalam teori sel dikaitkan dengan energi partikel, ternyata selama hamburan (tabrakan foton dengan partikel hamburan) , energi foton yang tersebar harus berkurang . Eksperimen yang dilakukan secara khusus pada hamburan sinar-X, yang sesuai dengan partikel dengan energi tiga kali lipat lebih tinggi daripada cahaya tampak, menunjukkan bahwa teori sel BENAR. Cahaya harus dianggap sebagai aliran partikel, dan fenomena interferensi dan difraksi dijelaskan dalam kerangka teori kuantum. Tetapi pada saat yang sama, konsep partikel sebagai objek yang semakin kecil ukurannya, bergerak sepanjang lintasan tertentu dan memiliki kecepatan tertentu di setiap titik, juga telah berubah.

Teori baru tidak membatalkan hasil yang benar dari yang lama, tetapi dapat mengubah interpretasi mereka. Jadi, jika di teori gelombang Warna dikaitkan dengan panjang gelombang sel darah itu terkait dengan energi partikel yang sesuai: foton yang menyebabkan sensasi merah di mata kita memiliki energi yang lebih sedikit daripada biru. bahan dari situs

Untuk cahaya, percobaan dilakukan dengan elektron (Pengalaman Yung-ha). Penerangan layar di belakang celah memiliki bentuk yang sama dengan elektron, dan gambar ini gangguan ringan, jatuh di layar dari dua celah, berfungsi sebagai bukti sifat gelombang cahaya.

Masalah yang berhubungan dengan gelombang dan sifat sel dari partikel memiliki sejarah yang sangat panjang. Newton percaya bahwa cahaya adalah aliran partikel. Tetapi pada saat yang sama, hipotesis tentang sifat gelombang cahaya, yang terkait, khususnya, dengan nama Huygens, beredar. Data tentang perilaku cahaya yang ada pada saat itu (perambatan bujursangkar, pemantulan, pembiasan, dan dispersi) dijelaskan dengan baik dari kedua sudut pandang. Dalam hal ini, tentu saja, tidak ada yang pasti dapat dikatakan tentang sifat gelombang cahaya atau partikel.

Namun kemudian, setelah penemuan fenomena gangguan dan difraksi cahaya (awal abad ke-19), hipotesis Newton ditinggalkan. Dilema "gelombang atau partikel" untuk cahaya diselesaikan secara eksperimental demi gelombang, meskipun sifat gelombang cahaya tetap tidak jelas. Selanjutnya, sifat mereka menjadi jelas. Gelombang cahaya ternyata merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi tertentu, yaitu perambatan gangguan dalam medan elektromagnetik. Teori gelombang tampaknya akhirnya menang.

Di halaman ini, materi tentang topik:

Sifat gelombang. Sezaman dengan Isaac Newton, fisikawan Belanda Christian Huygens, tidak menolak keberadaan sel darah, tetapi percaya bahwa mereka tidak dipancarkan oleh benda bercahaya, tetapi mengisi semua ruang. Huygens mewakili proses propagasi cahaya bukan sebagai gerakan progresif, tetapi sebagai proses berturut-turut mentransfer dampak dari satu sel darah ke yang lain.

Pendukung Huygens menyatakan pendapatnya bahwa cahaya adalah osilasi yang merambat dalam media khusus - "eter", yang memenuhi seluruh ruang dunia dan yang dengan bebas menembus ke semua benda. Eksitasi cahaya dari sumber cahaya ditransmisikan oleh eter ke segala arah.

Dengan demikian, gagasan gelombang pertama tentang sifat cahaya muncul. Nilai utama dari teori gelombang awal cahaya adalah prinsip yang awalnya dirumuskan oleh Huygens dan kemudian dikembangkan oleh Fresnel. Prinsip Huygens-Fresnel menyatakan bahwa setiap ginjal, yang dicapai dengan eksitasi cahaya, pada gilirannya menjadi pusat gelombang sekunder dan mentransmisikannya ke segala arah ke ginjal tetangga.

Sifat gelombang cahaya paling jelas dimanifestasikan dalam fenomena interferensi dan difraksi.

Interferensi cahaya terletak pada kenyataan bahwa ketika dua gelombang saling terletak, osilasi dapat diperkuat atau diperlemah. Prinsip interferensi ditemukan pada tahun 1801 oleh orang Inggris Thomas Young (1773-1829), seorang dokter berprofesi. Jung melakukan eksperimen klasik sekarang dengan dua lubang. Di layar, dua lubang yang berjarak dekat ditusuk dengan ujung peniti, yang diterangi oleh sinar matahari dari lubang kecil di jendela bertirai. Di belakang layar, alih-alih dua titik terang, serangkaian cincin gelap dan terang yang bergantian diamati.

Kondisi yang diperlukan untuk mengamati pola interferensi adalah koherensi gelombang (aliran terkoordinasi dari proses osilasi atau gelombang).

Fenomena interferensi banyak digunakan dalam perangkat - interferometer, yang dengannya berbagai pengukuran presisi dilakukan dan permukaan akhir bagian dikontrol, serta banyak operasi kontrol lainnya.

Pada tahun 1818, Fresnel menyerahkan laporan ekstensif tentang difraksi cahaya untuk kompetisi Akademi Ilmu Pengetahuan Paris. Mempertimbangkan laporan ini, A. Poisson (1781-1840) sampai pada kesimpulan bahwa menurut teori yang diajukan oleh Fresnel, dalam kondisi tertentu, di pusat pola difraksi dari rintangan bundar buram di jalur cahaya harus ada titik terang, bukan bayangan. Itu adalah kesimpulan yang menakjubkan. D.F.Arago (1786-1853) segera melakukan percobaan, dan perhitungan Poisson dikonfirmasi. Jadi, kesimpulan yang dibuat oleh Poisson, yang secara lahiriah bertentangan dengan teori Fresnel, berubah, dengan bantuan eksperimen Arago, menjadi salah satu bukti validitasnya, dan juga menandai awal pengenalan sifat gelombang cahaya.

Fenomena pembelokan cahaya dari arah rambat bujursangkar disebut difraksi.

Banyak perangkat optik didasarkan pada fenomena difraksi. Secara khusus, peralatan kristalografi menggunakan difraksi sinar-X.

Sifat gelombang cahaya dan sifat transversal gelombang cahaya juga dibuktikan oleh fenomena polarisasi. Inti dari polarisasi jelas ditunjukkan oleh eksperimen sederhana: ketika cahaya melewati dua kristal transparan, intensitasnya tergantung pada orientasi timbal balik dari kristal. Dengan orientasi yang sama, cahaya melewati tanpa redaman. Ketika salah satu kristal diputar 90 °, cahayanya benar-benar padam, mis. tidak melewati kristal.

Sifat gelombang cahaya juga dikonfirmasi oleh fenomena dispersi cahaya. Berkas cahaya putih paralel yang sempit, ketika melewati prisma kaca, terurai menjadi berkas cahaya dengan warna berbeda. Pita warna disebut spektrum kontinu. Ketergantungan kecepatan rambat cahaya dalam medium pada panjang gelombang disebut dispersi cahaya. Dispersi ditemukan oleh I. Newton.

Dekomposisi cahaya putih dijelaskan oleh fakta bahwa ia terdiri dari gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berbeda dan indeks bias tergantung pada panjang gelombang. Nilai indeks bias tertinggi untuk cahaya dengan panjang gelombang terpendek adalah ungu, terendah untuk cahaya dengan panjang gelombang terpanjang adalah merah. Eksperimen telah menunjukkan bahwa dalam ruang hampa kecepatan cahaya adalah sama untuk cahaya dengan panjang gelombang berapa pun.

Studi tentang fenomena difraksi, interferensi, polarisasi dan dispersi cahaya mengarah pada pembentukan teori gelombang cahaya.

Sifat kuantum cahaya. Pada tahun 1887, G. Hertz, ketika menerangi pelat seng yang terhubung ke batang elektrometer, menemukan fenomena efek fotolistrik. Jika muatan positif ditransfer ke pelat dan batang, maka elektrometer tidak terlepas ketika pelat disinari. Ketika muatan listrik negatif diberikan ke pelat, elektrometer dilepaskan segera setelah radiasi mengenai pelat. Eksperimen ini membuktikan bahwa muatan negatif sentris keluar dari permukaan pelat logam di bawah aksi cahaya. Pengukuran muatan dan massa partikel yang dikeluarkan oleh cahaya menunjukkan bahwa partikel tersebut adalah elektron. Fenomena emisi elektron oleh suatu zat di bawah aksi radiasi elektromagnetik disebut efek fotolistrik.

Keteraturan kuantitatif efek fotolistrik ditetapkan pada tahun 1888-1889. Fisikawan Rusia A.G. Stoletov (1839-1896).

Tidak mungkin menjelaskan hukum dasar efek fotolistrik berdasarkan teori elektromagnetik cahaya. Teori elektromagnetik cahaya tidak dapat menjelaskan kemandirian energi fotoelektron dari intensitas radiasi cahaya, adanya batas merah efek fotolistrik, proporsionalitas energi kinetik fotoelektron dengan frekuensi cahaya.

Teori elektromagnetik Maxwell dan teori elektronik Lorentz, meskipun sukses besar, agak kontradiktif dan sejumlah kesulitan ditemui dalam penerapannya. Kedua teori tersebut didasarkan pada hipotesis eter, hanya "eter elastis" yang digantikan oleh "eter elektromagnetik" (teori Maxwell) atau "eter tetap" (teori Lorentz). Teori Maxwell tidak dapat menjelaskan proses emisi dan penyerapan cahaya, efek fotolistrik, hamburan Compton, dll. Teori Lorentz, pada gilirannya, tidak dapat menjelaskan banyak fenomena yang terkait dengan interaksi cahaya dengan materi, khususnya masalah distribusi. energi pada panjang gelombang selama radiasi benda hitam termal.

Kesulitan dan kontradiksi ini diatasi berkat hipotesis berani yang diajukan pada tahun 1900 oleh fisikawan Jerman M. Planck, yang menurutnya pancaran cahaya tidak terjadi secara terus-menerus, tetapi secara diskrit, yaitu pada bagian-bagian tertentu (kuanta), yang energinya ditentukan oleh frekuensi n:

di mana h adalah konstanta Planck.

Teori Planck tidak membutuhkan konsep eter. Dia menjelaskan radiasi termal dari benda yang benar-benar hitam.

A. Einstein pada tahun 1905 diciptakan teori kuantum cahaya: tidak hanya emisi cahaya, tetapi juga perambatannya terjadi dalam bentuk fluks kuanta cahaya - foton, energi yang ditentukan oleh rumus Planck di atas, dan momentum

dimana l adalah panjang gelombang.

Sifat kuantum gelombang elektromagnetik paling lengkap dimanifestasikan dalam Efek Compton: Ketika radiasi sinar-X monokromatik dihamburkan oleh zat dengan atom ringan, bersama dengan radiasi yang dicirikan oleh panjang gelombang awal, radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang diamati dalam komposisi radiasi yang dihamburkan.

Ide kuantum tentang cahaya sesuai dengan hukum radiasi dan penyerapan cahaya, hukum interaksi, radiasi dengan materi. Fenomena yang dipelajari dengan baik seperti interferensi, difraksi dan polarisasi cahaya dijelaskan dengan baik dalam hal konsep gelombang. Semua variasi sifat yang dipelajari dan hukum perambatan cahaya, interaksinya dengan materi menunjukkan bahwa cahaya memiliki sifat yang kompleks: itu adalah kesatuan sifat yang berlawanan - sel (kuantum) dan gelombang (elektromagnetik). Jalan panjang pembangunan telah menyebabkan ide-ide modern tentang sifat gelombang sel ganda cahaya. Ekspresi di atas menghubungkan karakteristik sel dari radiasi - massa dan energi kuantum - dengan karakteristik gelombang - frekuensi osilasi dan panjang gelombang. Dengan demikian, cahaya adalah kesatuan diskrit dan kontinuitas.

Pertanyaan untuk pemeriksaan diri

Pertanyaan 1. Apa tugas terpenting ilmu pengetahuan alam.

1. kognitif

2. pandangan dunia

3. teleologis

4. penciptaan gambaran ilmu alam tentang dunia

Pertanyaan 2. Sebutkan konsep dasar yang paling umum dan penting dari deskripsi fisik alam.

1. penting

2. gerakan

3. ruang

Pertanyaan 3. Apa kategori filosofis untuk menunjukkan realitas objektif, yang ditampilkan oleh sensasi kita, yang ada secara independen dari mereka.

1. kesadaran

2. tampilan

3. penting

Gelombang dan sifat sel dari cahaya - halaman 1/1

SIFAT GELOMBANG DAN SELURUH CAHAYA

© Moiseev B.M., 2004

Universitas Negeri Kostroma
1 Maya Street, 14, Kostroma, 156001, Rusia
Surel: [dilindungi email] ; [dilindungi email]

Kemungkinan menganggap cahaya sebagai urutan periodik eksitasi dari ruang hampa fisik secara logis disimpulkan. Sebagai konsekuensi dari pendekatan ini, sifat fisik gelombang dan sifat sel cahaya dijelaskan.

Sebuah kesimpulan logis dari kemungkinan untuk menganggap cahaya sebagai urutan periode dari kegembiraan vakum fisik diberikan dalam artikel. Sebagai konsekuensi dari pendekatan seperti itu, sifat fisik gelombang dan karakteristik sel cahaya dijelaskan di sini.

pengantar

Upaya berabad-abad untuk memahami sifat fisik fenomena cahaya terganggu pada awal abad ke-20 oleh pengenalan sifat ganda materi ke dalam aksioma teori. Cahaya mulai dianggap sebagai gelombang dan partikel pada saat yang bersamaan. Namun, model kuantum radiasi dibangun secara formal, dan masih belum ada pemahaman yang jelas tentang sifat fisik kuantum radiasi.

Karya ini dikhususkan untuk pembentukan ide-ide teoretis baru tentang sifat fisik cahaya, yang harus menjelaskan secara kualitatif sifat gelombang dan sel cahaya. Sebelumnya, ketentuan utama dari model yang dikembangkan dan hasil yang diperoleh dalam kerangka model ini diterbitkan:

1. Foton adalah seperangkat eksitasi dasar vakum yang merambat di ruang angkasa dalam bentuk rantai eksitasi dengan kecepatan relatif konstan terhadap kecepatan vakum, tidak tergantung pada kecepatan sumber cahaya. Untuk pengamat, kecepatan foton tergantung pada kecepatan pengamat relatif terhadap ruang hampa, dimodelkan secara logis sebagai ruang absolut.

2. Eksitasi vakum dasar adalah sepasang foton, dipol yang dibentuk oleh dua partikel bermuatan (+) dan (-). Dipol berputar dan memiliki momentum sudut, secara kolektif membentuk putaran foton. Jari-jari rotasi foton dan kecepatan sudut dihubungkan oleh ketergantungan Rω = const .

3. Foton dapat dianggap sebagai jarum silinder panjang yang tipis. Permukaan imajiner silinder-jarum dibentuk oleh lintasan spiral foton. Semakin tinggi frekuensi rotasi, semakin tipis jarum foton. Satu putaran penuh dari sepasang foton menentukan panjang gelombang di ruang angkasa sepanjang arah gerak.

4. Energi foton ditentukan oleh jumlah pasangan foton n dalam satu foton: = nh E, di mana h E adalah nilai yang sama dengan konstanta Planck dalam satuan energi .

5. Nilai kuantitatif spin foton diperoleh. Analisis hubungan antara energi dan parameter kinematik dari foton telah dilakukan. Sebagai contoh, parameter kinematik dari foton yang dihasilkan oleh transisi 3d2p dalam atom hidrogen dihitung. Panjang foton di bagian spektrum yang terlihat adalah meter.

6. Massa sepasang foton dihitung m 0 = 1,474 10 -53 g, yang bertepatan dalam urutan besarnya dengan perkiraan atas massa foton m

7. Sebuah kesimpulan dibuat tentang perubahan konstanta C dan h ketika sebuah foton bergerak dalam medan gravitasi.

Dari struktur periodik foton, alasan sifat gelombang cahaya jelas secara intuitif: matematika gelombang, sebagai proses osilasi mekanis medium fisik, dan matematika proses periodik dari sifat kualitatif apa pun, bertepatan . Makalah-makalah tersebut memberikan penjelasan kualitatif tentang sifat gelombang dan sel-sel cahaya. Artikel ini melanjutkan pengembangan gagasan tentang sifat fisik cahaya.

Sifat gelombang cahaya

Seperti disebutkan sebelumnya, unsur-unsur periodisitas yang terkait dengan sifat fisik cahaya menyebabkan manifestasi sifat gelombang. Manifestasi sifat gelombang cahaya telah ditetapkan oleh banyak pengamatan dan eksperimen, dan oleh karena itu tidak dapat diragukan lagi. Sebuah teori gelombang matematika efek Doppler, interferensi, difraksi, polarisasi, dispersi, penyerapan dan hamburan cahaya telah dikembangkan. Teori gelombang cahaya secara organik terhubung dengan optik geometris: dalam limit, sebagai → 0, hukum optik dapat dirumuskan dalam bahasa geometri.

Model kami tidak membatalkan peralatan matematika dari model gelombang. Tujuan utama dan hasil utama dari pekerjaan kami adalah pengenalan perubahan tersebut dalam aksioma teori yang memperdalam pemahaman tentang esensi fisik dari fenomena dan menghilangkan paradoks.

Paradoks utama konsep cahaya modern adalah dualitas gelombang-partikel (CWD). Sesuai dengan hukum logika formal, cahaya tidak bisa menjadi gelombang dan partikel dalam pengertian tradisional istilah ini. Konsep gelombang menyiratkan kontinum, media homogen di mana gangguan periodik elemen kontinum muncul. Konsep partikel menyiratkan isolasi dan otonomi elemen individu. Interpretasi fisik HPC tidak begitu sederhana.

Kombinasi model sel dan gelombang menurut prinsip "gelombang adalah gangguan dari sekumpulan partikel" menimbulkan keberatan, karena kehadiran sifat gelombang dalam satu partikel cahaya tunggal dianggap mapan. Interferensi foton yang jarang terbang ditemukan oleh Janoshi, tetapi tidak ada hasil kuantitatif, detail, dan analisis terperinci dari eksperimen dalam kursus pelatihan. Informasi tentang hasil-hasil fundamental dan penting seperti itu tidak tersedia baik dalam buku-buku referensi maupun dalam kursus tentang sejarah fisika. Rupanya, pertanyaan tentang sifat fisik cahaya sudah menjadi bagian belakang sains yang dalam.

Mari kita coba merekonstruksi parameter kuantitatif eksperimen Yanoshi, yang secara logis penting untuk menafsirkan hasil, menggunakan deskripsi pelit eksperimen serupa oleh Biberman, Sushkin, dan Fabrikant dengan elektron. Jelas, dalam percobaan Yanoshi, pola interferensi yang diperoleh dari pulsa cahaya pendek dengan intensitas tinggi JB dibandingkan dengan pola yang diperoleh dalam waktu lama dari fluks foton lemah J M. Perbedaan penting antara dua situasi yang dipertimbangkan adalah bahwa dalam kasus fluks J M, interaksi foton dalam instrumen difraksi harus dikecualikan.

Karena Janoshi tidak menemukan perbedaan dalam pola interferensi, mari kita lihat kondisi apa yang diperlukan untuk ini dalam kerangka model kita.

Sebuah foton dengan panjang L f = 4,5 m melewati titik tertentu dalam ruang dalam waktu = L f / C = 4,5 /3ּ10 8 1,5ּ10 –8 s. Jika sistem difraksi (alat) berukuran sekitar 1 m, maka waktu yang diperlukan sebuah foton untuk melewati alat dengan panjang L f akan lebih lama: ' = (L f + 1) / C 1,8ּ10 –8 detik

Pengamat luar tidak dapat melihat foton tunggal. Upaya untuk memperbaiki foton menghancurkannya - tidak ada pilihan lain untuk "melihat" partikel cahaya yang netral secara elektrik. Eksperimen ini menggunakan sifat rata-rata waktu cahaya, khususnya intensitas (energi per satuan waktu). Agar foton tidak berpotongan di dalam perangkat difraksi, perlu untuk memisahkannya dalam ruang di sepanjang lintasan pergerakan sehingga waktu perjalanan perangkat ' lebih kecil dari waktu t membagi kedatangan foton berturut-turut ke instalasi. , yaitu ' 1,8ּ10 –8 s.

Dalam percobaan dengan elektron, interval waktu rata-rata antara dua partikel yang berturut-turut melewati sistem difraksi kira-kira 3-10 4 kali lebih lama daripada waktu yang dihabiskan oleh satu elektron untuk melewati seluruh perangkat. Untuk partikel titik, hubungan ini meyakinkan.

Eksperimen dengan cahaya memiliki perbedaan yang signifikan dengan eksperimen dengan elektron. Jika keunikan elektron dapat dikontrol karena sedikit distorsi energinya, maka hal ini tidak mungkin dilakukan dengan foton. Dalam percobaan dengan foton, kepercayaan pada isolasi foton di ruang angkasa tidak bisa lengkap; secara statistik mungkin dua foton tiba hampir bersamaan. Hal ini dapat memberikan pola interferensi yang lemah selama waktu pengamatan yang lama.

Hasil eksperimen Yanoshi tidak dapat disangkal, namun kesimpulan seperti itu tidak dapat dibuat tentang teori pengalaman. Secara teori, sebenarnya didalilkan bahwa pola interferensi muncul semata-mata sebagai akibat interaksi partikel satu sama lain di permukaan layar. Dalam kasus fluks cahaya yang kuat dan adanya banyak partikel, ini secara intuitif merupakan penyebab interferensi yang paling mungkin, tetapi untuk fluks cahaya yang lemah, alasan lain untuk munculnya periodisitas dalam penerangan layar juga dapat menjadi signifikan. Cahaya berubah arah ketika berinteraksi dengan benda padat. Tepi celah, goresan kisi difraksi dan hambatan lain yang menyebabkan difraksi - ini adalah permukaan yang jauh dari ideal, tidak hanya dalam hal penyelesaian permukaan. Atom lapisan permukaan adalah struktur periodik dengan periode yang sebanding dengan ukuran atom, yaitu, periodisitasnya berorde angstrom. Jarak antara pasangan foton di dalam foton adalah L 0 10 -12 cm, yang 4 kali lipat lebih kecil. Pantulan pasangan foto dari struktur periodik permukaan harus menyebabkan pengulangan tempat yang diterangi dan tidak diterangi di layar.

Ketimpangan dalam arah perambatan cahaya yang dipantulkan harus selalu, ketika dipantulkan dari permukaan apa pun, tetapi dengan fluks cahaya yang kuat, hanya karakteristik rata-rata yang signifikan, dan efek ini tidak muncul. Untuk fluks cahaya yang lemah, ini dapat menyebabkan iluminasi layar yang menyerupai interferensi.

Karena dimensi elektron juga jauh lebih kecil daripada dimensi struktur periodik permukaan benda, untuk elektron juga harus ada ketidaksetaraan dalam arah partikel difraksi, dan untuk fluks elektron lemah, ini mungkin satu-satunya alasan. untuk manifestasi sifat gelombang.

Dengan demikian, keberadaan sifat gelombang dalam partikel, apakah foton atau elektron, dapat dijelaskan dengan adanya sifat gelombang permukaan reflektif atau refraksi dari instrumen difraksi.

Untuk konfirmasi eksperimental yang mungkin (atau sanggahan) dari hipotesis ini, beberapa efek dapat diprediksi.

Efek 1

Untuk fluks cahaya yang kuat, alasan utama sifat interferensi cahaya adalah struktur periodik cahaya itu sendiri, foton yang diperpanjang. Pasangan foton dari foton yang berbeda saling memperkuat di layar ketika fase bertepatan (vektor r antara pusat foton dari pasangan berinteraksi bertepatan dalam arah), atau melemah dalam kasus ketidakcocokan fase (vektor r antara pusat foto tidak bertepatan dalam arah). Dalam kasus terakhir, pasangan foto dari foton yang berbeda tidak menyebabkan aksi simultan bersama, tetapi mereka jatuh ke bagian layar di mana penurunan iluminasi diamati.

Jika layar adalah pelat transparan, maka efek berikut dapat diamati: minimum dalam cahaya yang dipantulkan sesuai dengan maksimum dalam cahaya yang ditransmisikan. Di tempat-tempat di mana iluminasi minimum diamati dalam cahaya yang dipantulkan, cahaya juga masuk, tetapi tidak dipantulkan di tempat-tempat ini, tetapi lewat di dalam pelat.

Saling melengkapi dari cahaya yang dipantulkan dan ditransmisikan melalui pelat dalam fenomena interferensi adalah fakta yang terkenal, dijelaskan dalam teori oleh peralatan matematika formal yang dikembangkan dengan baik dari model gelombang cahaya. Secara khusus, teori ini memperkenalkan hilangnya setengah gelombang selama refleksi, dan ini "menjelaskan" perbedaan fase antara komponen yang ditransmisikan dan yang dipantulkan.

Apa yang baru dalam model kami adalah penjelasan tentang sifat fisik dari fenomena ini. Kami berpendapat bahwa untuk fluks cahaya lemah, ketika interaksi foton dalam perangkat difraksi dikecualikan, alasan penting untuk pembentukan pola interferensi bukanlah struktur periodik cahaya itu sendiri, tetapi struktur periodik permukaan cahaya. perangkat yang menyebabkan difraksi. Dalam hal ini, tidak akan ada lagi interaksi pasangan foton dari foton yang berbeda di permukaan layar, dan interferensi harus terwujud dalam kenyataan bahwa di tempat-tempat di mana cahaya menerpa, akan ada penerangan maksimum, di tempat lain tidak akan. Di tempat dengan penerangan minimal, cahaya tidak akan masuk sama sekali, dan ini bisa diperiksa tidak adanya saling melengkapi dari pola interferensi untuk cahaya yang dipantulkan dan ditransmisikan.

Efek 2

Kemungkinan lain untuk menguji prediksi yang sedang dipertimbangkan dan hipotesis kami secara keseluruhan adalah bahwa untuk fluks cahaya lemah, perangkat difraksi yang terbuat dari bahan lain, yang berbeda dengan kerapatan permukaan atom yang berbeda, harus memberikan pola interferensi yang berbeda untuk keluaran cahaya yang sama. Prediksi ini pada prinsipnya juga dapat diverifikasi.

Efek 3

Atom-atom permukaan benda pemantul berpartisipasi dalam gerakan termal, simpul kisi kristal melakukan getaran harmonik. Peningkatan suhu kristal akan menyebabkan pengaburan pola interferensi dalam kasus fluks cahaya yang lemah, karena dalam kasus ini interferensi hanya bergantung pada struktur periodik permukaan pemantulan. Untuk fluks cahaya yang kuat, efek suhu perangkat difraksi pada pola interferensi harus lebih lemah, meskipun tidak dikecualikan, karena getaran termal dari situs kisi kristal harus melanggar kondisi koherensi untuk pasangan foton yang dipantulkan dari foton yang berbeda. . Prediksi ini pada prinsipnya juga dapat diverifikasi.

Sifat korpuskular cahaya

Dalam publikasi kami, kami telah mengusulkan istilah "model struktural foton". Menganalisis hari ini kombinasi kata-kata yang diapit tanda kutip, perlu untuk mengenalinya sebagai sangat tidak berhasil. Intinya adalah bahwa dalam model kami foton sebagai partikel terlokalisasi tidak ada. Sebuah kuantum energi radiasi, diidentifikasi dalam teori modern dengan foton, dalam model kami adalah satu set eksitasi vakum, yang disebut pasang foton. Eksitasi didistribusikan di ruang angkasa sepanjang arah gerak. Terlepas dari skala yang sangat besar untuk skala dunia mikro, karena kecilnya interval waktu di mana serangkaian pasangan terbang melewati objek mikro atau bertabrakan dengannya, dan juga karena inersia relatif objek dunia mikro, kuanta dapat sepenuhnya diserap oleh benda-benda mikro ini. Foton kuantum dianggap sebagai partikel terpisah hanya dalam proses interaksi seperti itu dengan objek mikro, ketika efek dari interaksi objek mikro dengan setiap pasangan foton dapat diakumulasikan, misalnya, dalam bentuk eksitasi kulit elektron suatu atom atau molekul. Cahaya menunjukkan sifat sel selama interaksi seperti itu, ketika faktor penting, sadar model, yang secara teoritis diperhitungkan adalah emisi atau penyerapan sejumlah energi cahaya diskrit tertentu.

Bahkan gagasan formal kuanta energi memungkinkan Planck menjelaskan ciri-ciri radiasi benda hitam, dan Einstein memahami esensi efek fotolistrik. Konsep bagian energi yang berlainan membantu menjelaskan dengan cara baru fenomena fisik seperti tekanan cahaya, pantulan cahaya, dispersi - apa yang telah dijelaskan dalam bahasa model gelombang. Gagasan tentang keterpisahan energi, dan bukan gagasan tentang partikel titik-foton - itulah yang benar-benar penting dalam model cahaya sel darah modern. Diskrititas kuantum energi memungkinkan untuk menjelaskan spektrum atom dan molekul, tetapi lokalisasi energi kuantum dalam satu partikel terisolasi bertentangan dengan fakta eksperimental bahwa waktu emisi dan waktu penyerapan energi kuantum oleh atom cukup besar pada skala dunia mikro - sekitar 10–8 detik. Jika kuantum adalah partikel titik terlokalisasi, lalu apa yang terjadi pada partikel ini dalam waktu 10–8 s? Pengenalan foton kuantum yang diperluas ke dalam model fisik cahaya memungkinkan untuk memahami secara kualitatif tidak hanya proses emisi dan penyerapan, tetapi juga sifat sel dari radiasi secara umum.

Parameter kuantitatif foto

Dalam model kami, objek pertimbangan utama adalah beberapa foto. Dibandingkan dengan dimensi foton (dimensi longitudinal untuk cahaya tampak adalah meter), eksitasi vakum dalam bentuk sepasang foton dapat dianggap seperti titik (dimensi longitudinal sekitar 10–14 m) . Mari kita hitung beberapa parameter foto. Diketahui bahwa -kuanta diproduksi selama pemusnahan elektron dan positron. Biarkan dua -kuanta lahir. Mari kita perkirakan batas atas parameter kuantitatifnya, dengan asumsi energi elektron dan positron sama dengan energi diam partikel-partikel ini:

. (1)

Jumlah pasangan foto yang muncul adalah:

. (2)

Muatan total semua (–) foton adalah –e, di mana e adalah muatan elektron. Muatan total semua (+) foton adalah +e. Mari kita hitung modulus muatan yang dibawa oleh satu foto:

Kl. (3)

Kira-kira, tanpa memperhitungkan interaksi dinamis dari muatan yang bergerak, kita dapat mengasumsikan bahwa gaya sentripetal dari sepasang foton yang berputar adalah gaya interaksi elektrostatiknya. Karena kecepatan linier muatan berputar sama dengan C, kita dapatkan (dalam sistem SI):

, (4)

di mana m 0 / 2 \u003d h E / C 2 - massa satu foto. Dari (4) kami memperoleh ekspresi untuk jari-jari rotasi pusat muatan foton:

m.(5)

Mempertimbangkan penampang "listrik" foton sebagai luas lingkaran S dengan jari-jari R El, kami memperoleh:

Makalah ini memberikan rumus untuk menghitung penampang foton dalam kerangka QED:

, (7)

di mana diukur dalam cm 2. Dengan asumsi = 2πν, dan = n (tanpa memperhitungkan dimensi), kami memperoleh perkiraan penampang menggunakan metode QED:

. (8)

Perbedaannya dengan perkiraan kami tentang penampang foton adalah 6 orde besarnya, atau sekitar 9%. Pada saat yang sama, perlu dicatat bahwa hasil kami untuk penampang foton ~10 –65 cm 2 diperoleh sebagai perkiraan atas untuk pemusnahan partikel tidak bergerak, sedangkan elektron dan positron nyata memiliki energi gerak. Mempertimbangkan energi kinetik, penampang harus lebih kecil, karena dalam rumus (1) energi partikel yang melewati radiasi akan lebih besar, dan, akibatnya, jumlah pasangan foton akan lebih besar. Nilai perhitungan muatan satu foto akan lebih kecil (rumus 3), sehingga R El (rumus 5) dan penampang S (rumus 6) akan lebih kecil. Dengan pemikiran ini, perkiraan kami tentang penampang foton harus diakui sebagai kira-kira bertepatan dengan perkiraan QED.

Perhatikan bahwa muatan spesifik phot bertepatan dengan muatan spesifik elektron (positron):

. (9)

Jika phot (seperti elektron) memiliki "inti" hipotetis, di mana muatannya terkonsentrasi, dan "mantel bulu" dari ruang hampa fisik yang terganggu, maka penampang "listrik" dari sepasang foton tidak boleh bertepatan dengan penampang "mekanis". Biarkan pusat massa foton berputar mengelilingi lingkaran berjari-jari R Mex dengan kecepatan C. Karena C = R Mex, kita peroleh:

. (10)

Dengan demikian, panjang lingkaran di mana pusat foto massa berputar sama dengan panjang gelombang, yang cukup alami ketika kecepatan translasi dan rotasi sama dalam interpretasi kita tentang konsep "panjang gelombang". Namun dalam kasus ini, ternyata untuk foton yang diperoleh sebagai hasil pemusnahan yang dipertimbangkan di atas, R Mex 3.8∙10 –13 m 10 22 R El. Lapisan bulu dari ruang hampa yang terganggu, yang mengelilingi inti foton, memiliki dimensi yang sangat besar dibandingkan dengan inti itu sendiri.

Tentu saja, ini semua perkiraan yang agak kasar. Setiap model baru tidak dapat bersaing dalam akurasi dengan model yang sudah ada yang telah mencapai fajarnya. Misalnya, ketika model heliosentris Copernicus muncul, selama sekitar 70 tahun perhitungan astronomi praktis dilakukan sesuai dengan model geosentris Ptolemy, karena ini menghasilkan hasil yang lebih akurat.

Pengenalan model atas dasar baru yang fundamental ke dalam sains tidak hanya bertabrakan dengan oposisi subjektif, tetapi juga hilangnya akurasi perhitungan dan prediksi secara objektif. Hasil paradoks juga mungkin terjadi. Rasio orde ~10 22 yang dihasilkan antara jari-jari rotasi foton listrik dan mekanik tidak hanya tidak terduga, tetapi juga tidak dapat dipahami secara fisik. Satu-satunya cara untuk memahami rasio yang diperoleh adalah dengan mengasumsikan bahwa rotasi sepasang foton memiliki karakter pusaran, karena dalam kasus ini, jika kecepatan linier komponen pada jarak yang berbeda dari pusat rotasi adalah sama, kecepatan sudutnya harus berbeda.

Secara intuitif, sifat pusaran rotasi struktur tiga dimensi dari medium tipis - vakum fisik, bahkan lebih dapat dipahami daripada gagasan rotasi sepasang foton, yang mengingatkan pada rotasi benda padat. Analisis gerakan pusaran selanjutnya harus mengarah pada pemahaman kualitatif baru dari proses yang sedang dipertimbangkan.

Hasil dan kesimpulan

Pekerjaan melanjutkan pengembangan ide tentang sifat fisik cahaya. Sifat fisik dualisme gelombang sel darah dianalisis. Efek yang dapat diverifikasi secara fundamental diprediksi dalam eksperimen pada interferensi dan difraksi fluks cahaya lemah. Perhitungan kuantitatif parameter mekanik dan listrik foton telah dilakukan. Penampang dari sepasang foton dihitung dan kesimpulan dibuat tentang struktur pusaran pasangan.

literatur

1. Moiseev B.M. Struktur foton. - Dep. dalam VINITI 12.02.98, No. 445 - B98.

2. Moiseev B.M. Massa dan energi dalam model struktural foton. - Dep. di VINITI 01.04.98, No. 964 - B98.

3. Moiseev B.M. Tentang energi dan massa total suatu benda dalam keadaan bergerak. - Dep. di VINITI 12.05.98, No. 1436 - B98.

4. Moiseev B.M. Foton dalam medan gravitasi. - Dep. di VINITI 27.10.99, No. 3171 - B99.

5. Moiseev B.M. Pemodelan struktur foton. - Kostroma : Rumah Penerbitan KSU im. PADA. Nekrasova, 2001.

5. Moiseev B.M. Mikrostruktur foton // Prosiding Kongres-2002 "Masalah dasar ilmu pengetahuan alam dan teknologi", bagian III, hlm. 229–251. - St. Petersburg, Rumah Penerbitan Universitas Negeri St. Petersburg, 2003.

7 Fisik. Putaran. Lett. 90 081 801 (2003). http://prl.aps.org

8. Sivukhin D.V. Fisika atom dan nuklir. Dalam 2 jam Bagian 1. Fisika atom. – M.: Nauka, 1986.

9. Kamus Ensiklopedis Fisik. Dalam 5 volume - M.: Soviet Encyclopedia, 1960-66.

10. Fisika. Kamus ensiklopedis besar. - M.: Ensiklopedia Besar Rusia, 1999.

11. Kudryavtsev P.S. Kursus dalam sejarah fisika. - M.: Pendidikan, 1974.

12. Akhiezer A.I. Elektrodinamika kuantum / A.I. Akhiezer, V.V. Berestetsky - M.: Nauka, 1981.