ძველი მეცნიერების პირველი იდეები იმის შესახებ, თუ რა არის სინათლე, ძალიან გულუბრყვილო იყო. რამდენიმე თვალსაზრისი იყო. ზოგიერთს სჯეროდა, რომ სპეციალური თხელი საცეცები გამოდის თვალებიდან და ვიზუალური შთაბეჭდილება წარმოიქმნება, როდესაც ისინი გრძნობენ საგნებს. ამ თვალსაზრისს ჰყავდა მიმდევრების დიდი რაოდენობა, რომელთა შორის იყვნენ ევკლიდე, პტოლემე და მრავალი სხვა მეცნიერი და ფილოსოფოსი. სხვები, პირიქით, თვლიდნენ, რომ სხივები გამოიყოფა მანათობელი სხეულის მიერ და, ადამიანის თვალამდე მისვლისას, ატარებს მანათობელი ობიექტის ანაბეჭდს. ეს თვალსაზრისი ჰქონდა ლუკრეციუსს, დემოკრიტეს.

ამავე დროს ევკლიდემ ჩამოაყალიბა სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი. ის წერდა: „თვალების მიერ გამოსხივებული სხივები სწორ გზაზე ვრცელდება“.

თუმცა, მოგვიანებით, უკვე შუა საუკუნეებში, სინათლის ბუნების ასეთი იდეა კარგავს თავის მნიშვნელობას. სულ უფრო ნაკლები მეცნიერი მიჰყვება ამ შეხედულებებს. ხოლო XVII საუკუნის დასაწყისისთვის. ეს თვალსაზრისი უკვე დავიწყებულად შეიძლება ჩაითვალოს.

მე-17 საუკუნეში, თითქმის ერთდროულად, დაიწყო ორი სრულიად განსხვავებული თეორია იმის შესახებ, თუ რა არის სინათლე და რა არის მისი ბუნება.

ამ თეორიებიდან ერთი დაკავშირებულია ნიუტონის სახელთან, მეორე კი ჰაიგენსის სახელთან.

ნიუტონი იცავდა სინათლის ეგრეთ წოდებულ კორპუსკულარულ თეორიას, რომლის მიხედვითაც სინათლე არის ნაწილაკების ნაკადი, რომელიც მოდის წყაროდან ყველა მიმართულებით (მატერიის გადაცემა).

ჰაიგენსის იდეების მიხედვით, სინათლე არის ტალღების ნაკადი, რომელიც ვრცელდება სპეციალურ, ჰიპოთეტურ გარემოში - ეთერში, რომელიც ავსებს მთელ სივრცეს და აღწევს ყველა სხეულში.

ორივე თეორია პარალელურად დიდი ხანია არსებობს. ვერცერთმა ვერ მოიპოვა გადამწყვეტი გამარჯვება. მხოლოდ ნიუტონის ავტორიტეტმა აიძულა მეცნიერთა უმრავლესობა მიეცეს უპირატესობა კორპუსკულარულ თეორიას. სინათლის გავრცელების კანონები, რომლებიც იმ დროს იყო ცნობილი გამოცდილებიდან, მეტ-ნაკლებად წარმატებით იყო ახსნილი ორივე თეორიით.

კორპუსკულური თეორიის საფუძველზე ძნელი იყო იმის ახსნა, თუ რატომ არ მოქმედებენ ერთმანეთზე შუქის სხივები, რომლებიც კვეთენ სივრცეში. სინათლის ნაწილაკები ხომ უნდა შეეჯახონ და გაიფანტონ.

ტალღის თეორიამ ეს მარტივად ახსნა. ტალღები, მაგალითად, წყლის ზედაპირზე, თავისუფლად გადის ერთმანეთზე ურთიერთგავლენის გარეშე.

თუმცა, სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელება, რაც იწვევს ობიექტების უკან მკვეთრი ჩრდილების წარმოქმნას, ძნელია ახსნას ტალღის თეორიის საფუძველზე. კორპუსკულური თეორიის მიხედვით, სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელება უბრალოდ ინერციის კანონის შედეგია.

ასეთი განუსაზღვრელი პოზიცია სინათლის ბუნებასთან დაკავშირებით გაგრძელდა მე-19 საუკუნის დასაწყისამდე, სანამ აღმოაჩინეს სინათლის დიფრაქციის (დაბრკოლებების ირგვლივ შუქის შემოხვევა) და სინათლის ჩარევის (განათების გაძლიერება ან შესუსტება, როდესაც სინათლის სხივები ერთმანეთზე ზედ ადგებოდა) ფენომენები. . ეს ფენომენი თანდაყოლილია მხოლოდ ტალღის მოძრაობაში. მათი ახსნა კორპუსკულური თეორიის დახმარებით შეუძლებელია. ამიტომ ჩანდა, რომ ტალღის თეორიამ საბოლოო და სრული გამარჯვება მოიპოვა.

ასეთი ნდობა განსაკუთრებით გაძლიერდა, როდესაც მაქსველმა მე-19 საუკუნის მეორე ნახევარში აჩვენა, რომ სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღების განსაკუთრებული შემთხვევაა. მაქსველის ნაშრომმა საფუძველი ჩაუყარა სინათლის ელექტრომაგნიტურ თეორიას.

ჰერცის მიერ ელექტრომაგნიტური ტალღების ექსპერიმენტული აღმოჩენის შემდეგ, ეჭვგარეშეა, რომ სინათლე გავრცელებისას ტალღის მსგავსად იქცევა.

თუმცა, მე-19 საუკუნის ბოლოს, იდეები სინათლის ბუნების შესახებ რადიკალურად შეიცვალა. მოულოდნელად გაირკვა, რომ უარყოფილი კორპუსკულური თეორია კვლავ აქტუალურია რეალობასთან.

როდესაც გამოიყოფა და შეიწოვება, სინათლე იქცევა ნაწილაკების ნაკადად.

აღმოჩენილია სინათლის უწყვეტი, ან, როგორც ამბობენ, კვანტური თვისებები. წარმოიშვა უჩვეულო სიტუაცია: ინტერფერენციისა და დიფრაქციის ფენომენები კვლავ შეიძლება აიხსნას სინათლის ტალღად განხილვით, ხოლო გამოსხივების და შთანთქმის ფენომენები შეიძლება აიხსნას სინათლის ნაწილაკების ნაკადად განხილვით. ეს ორი ერთი შეხედვით შეუთავსებელი იდეა სინათლის ბუნების შესახებ XX საუკუნის 30-იან წლებში მოახერხა თანმიმდევრულად გაერთიანება ახალ გამორჩეულ ფიზიკურ თეორიაში - კვანტურ ელექტროდინამიკაში.

1. სინათლის ტალღური თვისებები

ტელესკოპების გაუმჯობესებით დაკავებული ნიუტონმა ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ ლინზის მიერ მოცემული გამოსახულება კიდეებზეა ფერადი. იგი დაინტერესდა ამით და იყო პირველი, ვინც "გამოიკვლია სინათლის სხივების მრავალფეროვნება და ამის შედეგად წარმოქმნილი ფერების თავისებურებანი, რაც აქამდე არავის იცოდა" (სიტყვები ნიუტონის საფლავზე წარწერიდან). ნიუტონის ძირითადი ექსპერიმენტი გენიალურად მარტივი იყო. . ნიუტონმა გამოიცნო მცირე ჯვრის მონაკვეთის სინათლის სხივი პრიზმაში გაგზავნა. მზის სხივი ჩაბნელებულ ოთახში შემოვიდა საკეტის პატარა ნახვრეტიდან. შუშის პრიზმაზე დაცემით, ის გარდატეხა და მოპირდაპირე კედელზე აძლევდა მოგრძო გამოსახულებას ფერთა მოლურჯო მონაცვლეობით. მრავალსაუკუნოვანი ტრადიციის მიხედვით, რომ ცისარტყელა ითვლებოდა შვიდი ძირითადი ფერისგან, ნიუტონმა ასევე გამოავლინა შვიდი ფერი: იასამნისფერი, ლურჯი, ცისფერი, მწვანე, ყვითელი, ნარინჯისფერი და წითელი. ნიუტონმა ცისარტყელას ზოლს უწოდა სპექტრი.

ხვრელის წითელი შუშით დახურვისას ნიუტონმა კედელზე მხოლოდ წითელი ლაქა დააფიქსირა, ლურჯ-ლურჯით დახურა და ა.შ. აქედან გამომდინარეობდა, რომ ეს არ იყო პრიზმა, რომელიც აფერადებდა თეთრ შუქს, როგორც ადრე ვარაუდობდნენ. პრიზმა ფერს არ ცვლის, არამედ მხოლოდ მის შემადგენელ ნაწილებად იშლება. თეთრ შუქს აქვს რთული სტრუქტურა. მისგან შესაძლებელია სხვადასხვა ფერის სხივების გარჩევა და მხოლოდ მათი ერთობლივი მოქმედება გვაძლევს თეთრი ფერის შთაბეჭდილებას. სინამდვილეში, თუ მეორე პრიზმის გამოყენებით ბრუნავს 180 გრადუსით პირველთან შედარებით. შეაგროვეთ სპექტრის ყველა სხივი, შემდეგ კვლავ მიიღებთ თეთრ შუქს. თუ სპექტრის რომელიმე ნაწილს გამოვყოფთ, მაგალითად მწვანეს და ვაიძულებთ სინათლეს სხვა პრიზმაში გაიაროს, ფერის შემდგომ ცვლილებას ვეღარ მივიღებთ.

კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი დასკვნა, რომელსაც ნიუტონი მივიდა, მან ჩამოაყალიბა თავის ტრაქტატში "ოპტიკა" შემდეგნაირად: "შუქის სხივები, რომლებიც განსხვავდება ფერით, განსხვავდება გარდატეხის ხარისხით." იისფერი სხივები ყველაზე ძლიერად ირღვევა, წითელი - ნაკლებია, ვიდრე სხვები. სინათლის გარდატეხის ინდექსის დამოკიდებულებას მის ფერზე ეწოდება დისპერსია (ლათინური სიტყვიდან Dispergo, მე ვფანტავ).

ნიუტონმა კიდევ უფრო გააუმჯობესა თავისი დაკვირვებები სპექტრზე, რათა მიეღო უფრო სუფთა ფერები. პრიზმაში გავლილი სინათლის სხივის მრგვალი ფერადი ლაქები ხომ ნაწილობრივ ერთმანეთს გადაფარავდა. მრგვალი ხვრელის ნაცვლად გამოყენებული იყო ვიწრო ჭრილი (A), რომელიც განათებული იყო ნათელი წყაროთ. ჭრილის უკან იყო ობიექტივი (B), რომელიც აწარმოებდა სურათს ეკრანზე (D) ვიწრო თეთრი ზოლის სახით. თუ პრიზმა (C) მოთავსებულია სხივების გზაზე, მაშინ ნაპრალის გამოსახულება გაიჭიმება სპექტრად, ფერად ზოლად, ფერების გადასვლები, რომლებშიც წითელიდან იისფერში მსგავსია ცისარტყელაში დაფიქსირებულის. ნიუტონის გამოცდილება ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში

თუ უფსკრული ფერადი მინით დაფარავთ, ე.ი. თუ ფერად შუქს თეთრი სინათლის ნაცვლად პრიზმაში მიმართავთ, ჭრილის გამოსახულება დაიყვანება ფერად მართკუთხედად, რომელიც მდებარეობს სპექტრის შესაბამის ადგილას, ე.ი. ფერის მიხედვით, შუქი გადაიხრება ორიგინალური გამოსახულების სხვადასხვა კუთხით. აღწერილი დაკვირვება გვიჩვენებს, რომ სხვადასხვა ფერის სხივები განსხვავებულად ირღვევა პრიზმით.

ნიუტონმა ეს მნიშვნელოვანი დასკვნა მრავალი ექსპერიმენტით დაადასტურა. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანი იყო სპექტრიდან ამოღებული სხვადასხვა ფერის სხივების რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრა. ამ მიზნით ეკრანზე გაიჭრა ხვრელი, რომელზეც მიიღება სპექტრი; ეკრანის გადაადგილებით ხვრელში შესაძლებელი იყო ამა თუ იმ ფერის სხივების ვიწრო სხივის გაშვება. ერთგვაროვანი სხივების ხაზგასმის ეს მეთოდი უფრო სრულყოფილია, ვიდრე ფერადი შუშით. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ასეთი შერჩეული სხივი, მეორე პრიზმაში გარდატეხილი, აღარ აჭიმავს ზოლს. ასეთი სხივი შეესაბამება გარკვეულ რეფრაქციულ ინდექსს, რომლის ღირებულება დამოკიდებულია არჩეული სხივის ფერზე.

ამრიგად, ნიუტონის ძირითადი ექსპერიმენტები შეიცავდა ორ მნიშვნელოვან აღმოჩენას:

1. სხვადასხვა ფერის სინათლეს მოცემულ ნივთიერებაში ახასიათებს სხვადასხვა რეფრაქციული მაჩვენებელი (დისპერსია).

2. თეთრი არის მარტივი ფერების კოლექცია.

იმის ცოდნა, რომ თეთრ შუქს აქვს რთული სტრუქტურა, შეიძლება აიხსნას ბუნებაში არსებული ფერების საოცარი მრავალფეროვნება. თუ ობიექტი, მაგალითად, ქაღალდის ფურცელი, ასახავს მასზე დაცემული სხვადასხვა ფერის ყველა სხივს, მაშინ ის გამოჩნდება თეთრი. ქაღალდის საღებავის ფენით დაფარვით ჩვენ არ ვქმნით ახალი ფერის შუქს, არამედ ვინარჩუნებთ არსებულ შუქს ფურცელზე. ახლა მხოლოდ წითელი სხივები აირეკლება, დანარჩენს საღებავის ფენა შეიწოვება. ბალახი და ხის ფოთლები ჩვენთვის მწვანედ გვეჩვენება, რადგან მათზე ყველა მზის სხივი ეცემა, ისინი ირეკლავენ მხოლოდ მწვანეს, შთანთქავს დანარჩენს. თუ ბალახს წითელი შუშით შეხედავთ, რომელიც მხოლოდ წითელ სხივებს გადასცემს, ის თითქმის შავი გამოჩნდება.

ახლა ჩვენ ვიცით, რომ სხვადასხვა ფერები შეესაბამება სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს. ამიტომ, ნიუტონის პირველი აღმოჩენა შეიძლება ასე ჩამოყალიბდეს: ნივთიერების გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია სინათლის ტალღის სიგრძეზე. ის ჩვეულებრივ იზრდება ტალღის სიგრძის შემცირებით.

სინათლის ჩარევა შეინიშნებოდა ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, მაგრამ მათ ეს უბრალოდ ვერ ხვდებოდნენ. ბევრს უნახავს ჩარევის ნიმუში, როდესაც ბავშვობაში მხიარულობდნენ საპნის ბუშტების აფეთქებით ან უყურებდნენ წყლის ზედაპირზე ნავთის თხელი ფენის ფერების მოლურჯო ნაკადს. ეს არის სინათლის ჩარევა, რაც საპნის ბუშტს ასე აღტაცებას ხდის.

ატომში ელექტრონების მდგომარეობის მახასიათებელი ემყარება კვანტური მექანიკის პოზიციას ელექტრონის ორმაგი ბუნების შესახებ, რომელსაც ერთდროულად აქვს ნაწილაკისა და ტალღის თვისებები.

პირველად, სინათლისთვის შეიქმნა ორმაგი კორპუსკულური ტალღოვანი ბუნება. მთელი რიგი ფენომენების შესწავლამ (გამოსხივება ინკანდესენტური სხეულებიდან, ფოტოელექტრული ეფექტი, ატომური სპექტრები) მიგვიყვანა დასკვნამდე, რომ ენერგია გამოიყოფა და შეიწოვება არა მუდმივად, არამედ დისკრეტულად, ცალკეულ ნაწილებში (კვანტები). ენერგიის კვანტიზაციის დაშვება პირველად გააკეთა მაქს პლანკმა (1900) და დაასაბუთა ალბერტ აინშტაინმა (1905): კვანტური ენერგია (∆E) დამოკიდებულია გამოსხივების სიხშირეზე (ν):

∆Ε = hν, სადაც h = 6.63 10 -34 J s არის პლანკის მუდმივი.

ფოტონის hν ენერგიის ტოლფასი მისი ენერგიის ჯამურ რეზერვთან mс 2 და იმის გათვალისწინებით, რომ ν=с/λ, მივიღებთ მიმართებას, რომელიც გამოხატავს ფოტონის ტალღურ და კორპუსკულურ თვისებებს შორის კავშირს:

1924 წელს ლუი დე ბროლივარაუდობენ, რომ ორმაგი კორპუსკულური ტალღოვანი ბუნება თანდაყოლილია არა მხოლოდ რადიაციისთვის, არამედ ნებისმიერი მატერიალური ნაწილაკისთვის: ყოველი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს მასა (m) და მოძრაობს სიჩქარით (υ) შეესაბამება ტალღის პროცესს ტალღის სიგრძით λ:

λ = თ / მυ(55)

რაც უფრო მცირეა ნაწილაკების მასა, მით უფრო გრძელია ტალღის სიგრძე. ამიტომ ძნელია მაკრონაწილაკების ტალღური თვისებების გამოვლენა.

1927 წელს ამერიკელმა მეცნიერებმა დევისონმა და გერმერმა, ინგლისელმა ტომსონმა და საბჭოთა მეცნიერმა ტარტაკოვსკიმ დამოუკიდებლად აღმოაჩინეს ელექტრონების დიფრაქცია, რაც იყო ელექტრონების ტალღური თვისებების ექსპერიმენტული დადასტურება. მოგვიანებით აღმოაჩინეს α-ნაწილაკების, ნეიტრონების, პროტონების, ატომების და თუნდაც მოლეკულების დიფრაქცია (ინტერფერენცია). ამჟამად ელექტრონის დიფრაქცია გამოიყენება მატერიის სტრუქტურის შესასწავლად.

ელემენტარული ნაწილაკების ტალღური თვისებები შეიცავს ტალღური მექანიკის ერთ-ერთ პრინციპს: გაურკვევლობის პრინციპი (ვ.ჰაიზენბერგი 1925): ატომური მასშტაბის მცირე სხეულებისთვის შეუძლებელია ერთდროულად ზუსტად განსაზღვროს ნაწილაკის პოზიცია სივრცეში და მისი სიჩქარე (იმპულსი). რაც უფრო ზუსტად არის განსაზღვრული ნაწილაკების კოორდინატები, მით უფრო ნაკლებად გარკვეული ხდება მისი სიჩქარე და პირიქით. გაურკვევლობის კავშირს აქვს ფორმა:

სადაც ∆x არის ნაწილაკების პოზიციის განუსაზღვრელობა, ∆R x არის იმპულსის სიდიდის ან სიჩქარის გაურკვევლობა x მიმართულებით. მსგავსი მიმართებები ასევე იწერება y და z კოორდინატებისთვის. გაურკვევლობის მიმართებაში შემავალი მნიშვნელობა ℏ ძალიან მცირეა, ამიტომ მაკრონაწილაკებისთვის, კოორდინატებისა და მომენტების მნიშვნელობებში გაურკვევლობა უმნიშვნელოა.

ამრიგად, შეუძლებელია ელექტრონის ტრაექტორიის გამოთვლა ბირთვის ველში; მისი ატომში ყოფნის ალბათობის შეფასება შესაძლებელია მხოლოდ გამოყენებით. ტალღის ფუნქცია ψ, რომელიც ცვლის ტრაექტორიის კლასიკურ ცნებას. ტალღის ფუნქცია ψ ახასიათებს ტალღის ამპლიტუდას, რომელიც დამოკიდებულია ელექტრონის კოორდინატებზე, ხოლო მისი კვადრატი ψ 2 განსაზღვრავს ელექტრონის სივრცით განაწილებას ატომში. უმარტივეს ვერსიაში, ტალღის ფუნქცია დამოკიდებულია სამ სივრცულ კოორდინატზე და შესაძლებელს ხდის ატომურ სივრცეში ელექტრონის პოვნის ალბათობის დადგენას. ორბიტალური . ამრიგად, ატომური ორბიტალი (AO) არის ატომური სივრცის რეგიონი, რომელშიც ელექტრონის პოვნის ალბათობა უდიდესია.

ტალღური ფუნქციები მიიღება ტალღური მექანიკის ფუნდამენტური მიმართების ამოხსნით - განტოლებებიშრედინგერი (1926) :

(57)

სადაც h არის პლანკის მუდმივი, არის ცვლადი, U არის ნაწილაკის პოტენციური ენერგია, E არის ნაწილაკის მთლიანი ენერგია, x, y, z, არის კოორდინატები.

ამრიგად, მიკროსისტემის ენერგიის კვანტიზაცია პირდაპირ გამომდინარეობს ტალღის განტოლების ამოხსნიდან. ტალღის ფუნქცია მთლიანად ახასიათებს ელექტრონის მდგომარეობას.

სისტემის ტალღური ფუნქცია არის სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია, რომლის კვადრატი უდრის სივრცის თითოეულ წერტილში ელექტრონების პოვნის ალბათობის სიმკვრივეს. ის უნდა აკმაყოფილებდეს სტანდარტულ პირობებს: იყოს უწყვეტი, სასრული, ერთმნიშვნელოვანი, გაქრეს იქ, სადაც ელექტრონი არ არის.

ზუსტი ხსნარი მიიღება წყალბადის ატომისთვის ან წყალბადის მსგავსი იონებისთვის; მრავალელექტრონული სისტემებისთვის გამოიყენება სხვადასხვა მიახლოებები. ზედაპირს, რომელიც ზღუდავს ელექტრონის ან ელექტრონის სიმკვრივის პოვნის ალბათობის 90-95%-ს, საზღვარი ეწოდება. ატომურ ორბიტალს და ელექტრონის ღრუბლის სიმკვრივეს აქვთ ერთი და იგივე სასაზღვრო ზედაპირი (ფორმა) და იგივე სივრცითი ორიენტაცია. ელექტრონის ატომური ორბიტალები, მათი ენერგია და მიმართულება სივრცეში დამოკიდებულია ოთხ პარამეტრზე - კვანტური რიცხვები : მთავარი, ორბიტალური, მაგნიტური და სპინი. პირველი სამი ახასიათებს ელექტრონის მოძრაობას სივრცეში, ხოლო მეოთხე - საკუთარი ღერძის გარშემო.

კვანტური რიცხვინ – მთავარია . ის განსაზღვრავს ელექტრონის ენერგეტიკულ დონეს ატომში, დონის დაშორებას ბირთვიდან და ელექტრონული ღრუბლის ზომას. ის იღებს მთელ მნიშვნელობებს 1-დან ∞-მდე და შეესაბამება პერიოდის ნომერს. ნებისმიერი ელემენტის პერიოდული სისტემიდან, პერიოდის რაოდენობის მიხედვით, შეგიძლიათ განსაზღვროთ ატომის ენერგეტიკული დონეების რაოდენობა და რომელი ენერგიის დონეა გარე. Უფრო ნ, მით მეტია ელექტრონის ბირთვთან ურთიერთქმედების ენერგია. ზე ნ= 1 წყალბადის ატომი არის ძირითად მდგომარეობაში, ზე ნ> 1 - აღფრთოვანებული. Თუ ნ∞, მაშინ ელექტრონმა დატოვა ატომური მოცულობა. ატომი იონიზებულია.

მაგალითად, ელემენტი კადმიუმი Cd მდებარეობს მეხუთე პერიოდში, ამიტომ n=5. მის ატომში ელექტრონები განაწილებულია ხუთ ენერგეტიკულ დონეზე (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); მეხუთე დონე იქნება გარე (n = 5).

ვინაიდან ელექტრონს, ტალღის თვისებებთან ერთად, აქვს მატერიალური ნაწილაკის თვისებები, მას აქვს m მასა, მოძრაობის სიჩქარე V და ბირთვიდან r დაშორებით, აქვს იმპულსის მომენტი: μ. = mVr.

კუთხოვანი იმპულსი არის ელექტრონის მეორე (ენერგიის შემდეგ) მახასიათებელი და გამოიხატება გვერდითი (აზიმუთალური, ორბიტალური) კვანტური რიცხვის მიხედვით.

ორბიტალური კვანტური რიცხვილ- განსაზღვრავს ელექტრონული ღრუბლის ფორმას (ნახ. 7), ელექტრონის ენერგიას ქვედონეზე, ენერგიის ქვედონეების რაოდენობას. იღებს მნიშვნელობებს 0-დან ნ– 1. რიცხვითი მნიშვნელობების გარდა ლაქვს ასოები. იგივე მნიშვნელობის მქონე ელექტრონები ლშექმენით ქვედონე.

თითოეულ კვანტურ დონეზე ქვედონეების რაოდენობა მკაცრად შეზღუდულია და ტოლია ფენის რაოდენობაზე. ქვედონეები, ისევე როგორც ენერგეტიკული დონეები, დანომრილია ბირთვიდან დაშორების რიგითობით (ცხრილი 26).

კლასიკური ფიზიკის კონცეფციების თანახმად, სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღები გარკვეული სიხშირის დიაპაზონში. თუმცა, სინათლის ურთიერთქმედება მატერიასთან ხდება ისე, თითქოს სინათლე იყოს ნაწილაკების ნაკადი.

ნიუტონის დროს არსებობდა ორი ჰიპოთეზა სინათლის ბუნების შესახებ - კორპუსკულარული, რომელსაც ნიუტონი იცავდა და ტალღა. ექსპერიმენტული ტექნიკისა და თეორიის შემდგომმა განვითარებამ არჩევანი სასარგებლოდ გააკეთა ტალღის თეორია .

მაგრამ XX საუკუნის დასაწყისში. წარმოიშვა ახალი პრობლემები: სინათლის ურთიერთქმედება მატერიასთან ვერ აიხსნება ფარგლებში ტალღის თეორია.

როდესაც ლითონის ნაჭერი განათებულია შუქით, მისგან ელექტრონები გამოფრინდებიან ( ფოტოელექტრული ეფექტი). მოსალოდნელი იყო, რომ გამოსხივებული ელექტრონების სიჩქარე (მათი კინეტიკური ენერგია) იქნებოდა უფრო დიდი, რაც უფრო დიდი იქნებოდა ინციდენტის ტალღის ენერგია (შუქის ინტენსივობა), მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ელექტრონების სიჩქარე ზოგადად არ არის დამოკიდებული. სინათლის ინტენსივობაზე, მაგრამ განისაზღვრება მისი სიხშირით (ფერი) .

ფოტოგრაფია ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ზოგიერთი მასალა ბნელდება განათების შემდეგ მსუბუქი და შემდგომი ქიმიური დამუშავებით და მათი გაშავების ხარისხი პროპორციულია განათებისა და ექსპოზიციის დროისა. თუ ასეთი მასალის ფენა (ფოტოგრაფიული ფირფიტა) განათებულია გარკვეული სიხშირით, მაშინ განვითარების შემდეგ, ერთგვაროვანი ზედაპირი გაშავდება. სინათლის ინტენსივობის შემცირებით მივიღებთ ერთგვაროვან ზედაპირებს სულ უფრო ნაკლები გაშავებით (ნაცრისფერის სხვადასხვა ელფერი). და ეს ყველაფერი მთავრდება იმით, რომ ძალიან დაბალი განათების დროს ჩვენ ვიღებთ ზედაპირის არა ძალიან მცირე გაშავების ხარისხს, არამედ ზედაპირზე შემთხვევით მიმოფანტულ შავ წერტილებს! თითქოს შუქი მხოლოდ ამ ადგილებს მოხვდა.

სინათლის ურთიერთქმედების თავისებურებებმა მატერიასთან აიძულა ფიზიკოსები დაბრუნებულიყვნენ კორპუსკულური თეორია.

სინათლის ურთიერთქმედება მატერიასთან ხდება ისე, თითქოს სინათლე იყოს ნაწილაკების ნაკადი, ენერგიადა პულსირომლებიც დაკავშირებულია სინათლის სიხშირესთან მიმართებით

E=hv;p=E /c=hv /გ,

სადაც h არის პლანკის მუდმივი.ამ ნაწილაკებს ე.წ ფოტონები.

ფოტოელექტრული ეფექტიგაგება შეიძლებოდა, თუკი რომელიმე თვალსაზრისს მიიღებდა კორპუსკულური თეორიადა განიხილეთ სინათლე, როგორც ნაწილაკების ნაკადი. მაგრამ შემდეგ ჩნდება პრობლემა, რა ვუყოთ სინათლის სხვა თვისებებს, რომლებსაც ფიზიკის უზარმაზარი ფილიალი განიხილავს - ოპტიკაეფუძნება იმ ფაქტს, რომ სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღა.

სიტუაცია, რომელშიც ცალკეული ფენომენები აიხსნება სპეციალური ვარაუდებით, რომლებიც არ შეესაბამება ერთმანეთს ან თუნდაც ეწინააღმდეგება ერთმანეთს, მიუღებლად ითვლება, რადგან ფიზიკა აცხადებს, რომ ქმნის სამყაროს ერთიან სურათს. და ამ პრეტენზიის მართებულობის დადასტურება იყო ზუსტად ის ფაქტი, რომ ფოტოელექტრული ეფექტთან დაკავშირებით წარმოქმნილ სირთულეებამდე ცოტა ხნით ადრე, ოპტიკა შემცირდა ელექტროდინამიკამდე. ფენომენები ჩარევადა დიფრაქციანამდვილად არ ვეთანხმები ნაწილაკების შესახებ იდეებს, მაგრამ სინათლის ზოგიერთი თვისება თანაბრად კარგად არის ახსნილი ორივე თვალსაზრისით. ელექტრომაგნიტურ ტალღას აქვს ენერგია და იმპულსი, ხოლო იმპულსი ენერგიის პროპორციულია. როდესაც სინათლე შეიწოვება, ის გადასცემს თავის იმპულსს, ანუ ბარიერზე მოქმედებს სინათლის ინტენსივობის პროპორციული წნევის ძალა. ნაწილაკების ნაკადი ასევე ახდენს ზეწოლას ბარიერზე და ნაწილაკების ენერგიასა და იმპულსს შორის შესაბამისი ურთიერთობის შემთხვევაში, წნევა იქნება დინების ინტენსივობის პროპორციული. თეორიის მნიშვნელოვანი მიღწევა იყო ჰაერში სინათლის გაფანტვის ახსნა, რის შედეგადაც გაირკვა, კერძოდ, რატომ არის ცა ლურჯი. თეორიიდან გამომდინარეობდა, რომ სინათლის სიხშირე არ იცვლება გაფანტვისას.

თუმცა, თუ თვალსაზრისს გაითვალისწინებთ კორპუსკულური თეორიადა ჩათვალეთ, რომ სინათლის მახასიათებელი, რომელიც ტალღის თეორიაში ასოცირდება სიხშირესთან (ფერთან), კორპუსკულარულ თეორიაში ასოცირდება ნაწილაკების ენერგიასთან, გამოდის, რომ გაფანტვისას (ფოტონის შეჯახება გაფანტულ ნაწილაკთან) , გაფანტული ფოტონის ენერგია უნდა შემცირდეს . სპეციალურად ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა რენტგენის სხივების გაფანტვაზე, რომლებიც შეესაბამება ნაწილაკებს სამი რიგის სიდიდის ენერგიის მქონე ხილულ სინათლეზე, აჩვენა, რომ კორპუსკულური თეორიამართალია. სინათლე უნდა ჩაითვალოს ნაწილაკების ნაკადად, ხოლო ჩარევისა და დიფრაქციის ფენომენი კვანტური თეორიის ფარგლებშია ახსნილი. მაგრამ ამავე დროს, შეიცვალა ნაწილაკების, როგორც გაუჩინარებით მცირე ზომის ობიექტის კონცეფცია, რომელიც მოძრაობს გარკვეული ტრაექტორიის გასწვრივ და აქვს გარკვეული სიჩქარე თითოეულ წერტილში.

ახალი თეორია არ აუქმებს ძველის სწორ შედეგებს, მაგრამ მას შეუძლია შეცვალოს მათი ინტერპრეტაცია. ასე რომ, თუ შიგნით ტალღის თეორიაფერი ასოცირდება ტალღის სიგრძესთან კორპუსკულარულიეს დაკავშირებულია შესაბამისი ნაწილაკების ენერგიასთან: ფოტონებს, რომლებიც ჩვენს თვალში წითელი ფერის შეგრძნებას იწვევენ, ნაკლები ენერგია აქვთ, ვიდრე ლურჯი. მასალა საიტიდან

სინათლისთვის ჩატარდა ექსპერიმენტი ელექტრონებით (იუნგ-ჰას გამოცდილება).ჭრილების უკან ეკრანის განათება ისეთივე ფორმა იყო, როგორიც ელექტრონებს, და ეს სურათი მსუბუქი ჩარევა,ეკრანზე ორი ჭრილიდან დაცემა, სინათლის ტალღოვანი ბუნების დასტური იყო.

პრობლემასთან დაკავშირებული ნაწილაკების ტალღური და კორპუსკულური თვისებებიაქვს მართლაც დიდი ისტორია. ნიუტონს სჯეროდა, რომ სინათლე არის ნაწილაკების ნაკადი. მაგრამ ამავე დროს, მიმოქცევაში იყო ჰიპოთეზა სინათლის ტალღური ბუნების შესახებ, რომელიც დაკავშირებულია, კერძოდ, ჰიუგენსის სახელთან. იმ დროისთვის არსებული სინათლის ქცევის მონაცემები (სწორხაზოვანი გავრცელება, არეკვლა, გარდატეხა და დისპერსია) ერთნაირად კარგად იყო ახსნილი ორივე თვალსაზრისით. ამ შემთხვევაში, რა თქმა უნდა, ვერაფერს ვიტყვით ცალსახად სინათლის ტალღების ან ნაწილაკების ბუნებაზე.

თუმცა მოგვიანებით, ფენომენების აღმოჩენის შემდეგ ჩარევადა დიფრაქციასინათლე (მე-19 საუკუნის დასაწყისი), ნიუტონის ჰიპოთეზა მიტოვებული იყო. სინათლის შესახებ დილემა „ტალღა თუ ნაწილაკი“ ექსპერიმენტულად გადაწყდა ტალღის სასარგებლოდ, თუმცა სინათლის ტალღების ბუნება გაურკვეველი რჩებოდა. გარდა ამისა, მათი ბუნება ნათელი გახდა. სინათლის ტალღები აღმოჩნდა გარკვეული სიხშირის ელექტრომაგნიტური ტალღები, ანუ ელექტრომაგნიტურ ველში დარღვევების გავრცელება. ტალღის თეორიამ საბოლოოდ გაიმარჯვა.

ამ გვერდზე, მასალა თემებზე:

ტალღის თვისებები.ისააკ ნიუტონის თანამედროვე, ჰოლანდიელი ფიზიკოსი კრისტიან ჰიუგენსი, არ უარყო სხეულების არსებობა, მაგრამ თვლიდა, რომ ისინი არ გამოიყოფა მანათობელი სხეულებით, არამედ ავსებს მთელ სივრცეს. ჰაიგენსმა წარმოადგინა სინათლის გავრცელების პროცესი არა როგორც წინსვლა, არამედ როგორც ერთი კორპუსკულის ზემოქმედების მეორეზე გადატანის თანმიმდევრული პროცესი.

ჰაიგენსის მომხრეებმა გამოთქვეს მოსაზრება, რომ სინათლე არის გამავრცელებელი რხევა სპეციალურ გარემოში - "ეთერში", რომელიც ავსებს მთელ მსოფლიო სივრცეს და რომელიც თავისუფლად აღწევს ყველა სხეულში. სინათლის წყაროდან სინათლის აგზნება ეთერით გადადის ყველა მიმართულებით.

ამრიგად, გაჩნდა პირველი ტალღის იდეები სინათლის ბუნების შესახებ. სინათლის საწყისი ტალღური თეორიის მთავარი მნიშვნელობა არის პრინციპი, რომელიც თავდაპირველად ჩამოაყალიბა ჰაიგენსმა და შემდეგ შეიმუშავა ფრენელმა. ჰაიგენს-ფრესნელის პრინციპით ნათქვამია, რომ თითოეული თირკმელი, რომელიც მიიღწევა მსუბუქი აგზნებით, თავის მხრივ ხდება მეორადი ტალღების ცენტრი და გადასცემს მათ ყველა მიმართულებით მეზობელ თირკმელებში.

სინათლის ტალღური თვისებები ყველაზე მკაფიოდ ვლინდება ჩარევის და დიფრაქციის ფენომენებში.

სინათლის ჩარევა მდგომარეობს იმაში, რომ როდესაც ორი ტალღა ერთმანეთთან არის განლაგებული, რხევები შეიძლება გაძლიერდეს ან შესუსტდეს.ჩარევის პრინციპი 1801 წელს აღმოაჩინა პროფესიით ექიმმა ინგლისელმა თომას იანგმა (1773-1829). იუნგმა ჩაატარა ახლა კლასიკური ექსპერიმენტი ორი ხვრელით. ეკრანზე ქინძისთავის წვერით იყო გაჭრილი ორი მჭიდროდ დაშორებული ხვრელი, რომლებიც ფარდადახურული ფანჯრის პატარა ხვრელიდან მზის შუქით იყო განათებული. ეკრანის მიღმა, ორი ნათელი წერტილის ნაცვლად, მონაცვლეობით მუქი და ღია რგოლები შეინიშნებოდა.

ჩარევის შაბლონზე დაკვირვების აუცილებელი პირობაა ტალღების თანმიმდევრულობა (რხევის ან ტალღური პროცესების კოორდინირებული ნაკადი).

ჩარევის ფენომენი ფართოდ გამოიყენება მოწყობილობებში - ინტერფერომეტრებში, რომელთა დახმარებით ტარდება სხვადასხვა ზუსტი გაზომვები და კონტროლდება ნაწილების ზედაპირის დასრულება, ისევე როგორც მრავალი სხვა საკონტროლო ოპერაცია.

1818 წელს ფრენელმა პარიზის მეცნიერებათა აკადემიის კონკურსზე წარადგინა ვრცელი მოხსენება სინათლის დიფრაქციის შესახებ. ამ მოხსენების გათვალისწინებით, A. Poisson (1781-1840) მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ ფრენელის მიერ შემოთავაზებული თეორიის თანახმად, გარკვეულ პირობებში, სინათლის გზაზე გაუმჭვირვალე მრგვალი დაბრკოლებიდან დიფრაქციის ნიმუშის ცენტრში უნდა იყოს ნათელი წერტილი და არა ჩრდილი. ეს იყო განსაცვიფრებელი დასკვნა. დ.ფ.არაგომ (1786-1853) მაშინვე მოაწყო ექსპერიმენტი და პუასონის გამოთვლები დადასტურდა. ამრიგად, პუასონის დასკვნა, რომელიც გარეგნულად ეწინააღმდეგებოდა ფრენელის თეორიას, არაგოს ექსპერიმენტის დახმარებით გადაიქცა მისი მართებულობის ერთ-ერთ მტკიცებულებად და ასევე აღნიშნა სინათლის ტალღური ბუნების ამოცნობის დასაწყისი.

სინათლის გადახრის ფენომენს გავრცელების სწორხაზოვანი მიმართულებიდან დიფრაქცია ეწოდება.

ბევრი ოპტიკური მოწყობილობა დაფუძნებულია დიფრაქციის ფენომენზე. კერძოდ, კრისტალოგრაფიული მოწყობილობა იყენებს რენტგენის დიფრაქციას.

სინათლის ტალღური ბუნება და სინათლის ტალღების განივი ბუნება ასევე დასტურდება ფენომენით პოლარიზაცია.პოლარიზაციის არსი ნათლად ჩანს მარტივი ექსპერიმენტით: როდესაც სინათლე გადის ორ გამჭვირვალე კრისტალში, მისი ინტენსივობა დამოკიდებულია კრისტალების ორმხრივ ორიენტაციაზე. იგივე ორიენტირებით სინათლე გადის შესუსტების გარეშე. როდესაც ერთ-ერთი კრისტალი ბრუნავს 90°-ით, სინათლე მთლიანად ქრება, ე.ი. არ გადის კრისტალებს.

სინათლის ტალღურ ბუნებას ასევე ადასტურებს სინათლის დისპერსიის ფენომენი. თეთრი სინათლის ვიწრო პარალელური სხივი შუშის პრიზმაში გავლისას იშლება სხვადასხვა ფერის სინათლის სხივებად. ფერის ზოლს ეწოდება უწყვეტი სპექტრი. გარემოში სინათლის გავრცელების სიჩქარის დამოკიდებულებას ტალღის სიგრძეზე ეწოდება სინათლის დისპერსია.დისპერსია აღმოაჩინა ი.ნიუტონმა.

თეთრი სინათლის დაშლა აიხსნება იმით, რომ იგი შედგება სხვადასხვა სიგრძის ელექტრომაგნიტური ტალღებისგან და გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე. უმოკლესი ტალღის სიგრძის სინათლის გარდატეხის ინდექსის უმაღლესი მნიშვნელობა არის იისფერი, ყველაზე დაბალი ყველაზე გრძელი ტალღის სიგრძის სინათლისთვის არის წითელი. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ვაკუუმში სინათლის სიჩქარე იგივეა ნებისმიერი ტალღის სიგრძის სინათლისთვის.

სინათლის დიფრაქციის, ინტერფერენციის, პოლარიზაციისა და დისპერსიის ფენომენების შესწავლამ განაპირობა სინათლის ტალღური თეორიის დამკვიდრება.

სინათლის კვანტური თვისებები. 1887 წელს გ.ჰერცმა ელექტრომეტრის ღეროსთან დაკავშირებული თუთიის ფირფიტის განათებისას აღმოაჩინა ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი. თუ დადებითი მუხტი გადადის ფირფიტაზე და ღეროზე, მაშინ ელექტრომეტრი არ იხსნება, როდესაც ფირფიტა განათებულია. როდესაც ფირფიტაზე უარყოფითი ელექტრული მუხტი გადაეცემა, ელექტრომეტრი იხსნება, როგორც კი რადიაცია მოხვდება ფირფიტაზე. ეს ექსპერიმენტი ამტკიცებს, რომ ნეგატიური ცენტრისული მუხტები გამოდის ლითონის ფირფიტის ზედაპირიდან სინათლის მოქმედებით. სინათლის მიერ გამოდევნილი ნაწილაკების მუხტისა და მასის გაზომვებმა აჩვენა, რომ ეს ნაწილაკები ელექტრონებია. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ზემოქმედებით ნივთიერების მიერ ელექტრონების გამოსხივების ფენომენს ფოტოელექტრული ეფექტი ეწოდება.

ფოტოელექტრული ეფექტის რაოდენობრივი კანონზომიერებები დადგინდა 1888-1889 წლებში. რუსი ფიზიკოსი ა.გ. სტოლეტოვი (1839-1896 წწ).

შეუძლებელი იყო ფოტოელექტრული ეფექტის ძირითადი კანონების ახსნა სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორიის საფუძველზე. სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია ვერ ხსნიდა ფოტოელექტრონების ენერგიის დამოუკიდებლობას სინათლის გამოსხივების ინტენსივობისგან, ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვრის არსებობას, ფოტოელექტრონების კინეტიკური ენერგიის პროპორციულობას სინათლის სიხშირეზე.

მაქსველის ელექტრომაგნიტური თეორია და ლორენცის ელექტრომაგნიტური თეორია, მიუხედავად მათი უზარმაზარი წარმატებებისა, გარკვეულწილად წინააღმდეგობრივი იყო და მათ გამოყენებაში მრავალი სირთულე წააწყდა. ორივე თეორია ეფუძნებოდა ეთერის ჰიპოთეზას, მხოლოდ „ელასტიური ეთერი“ შეიცვალა „ელექტრომაგნიტური ეთერით“ (მაქსველის თეორია) ან „ფიქსირებული ეთერით“ (ლორენცის თეორია). მაქსველის თეორიამ ვერ ახსნა სინათლის ემისიის და შთანთქმის პროცესები, ფოტოელექტრული ეფექტი, კომპტონის გაფანტვა და ა.შ. ლორენცის თეორიამ, თავის მხრივ, ვერ ახსნა მრავალი ფენომენი, რომელიც დაკავშირებულია სინათლის ურთიერთქმედებასთან მატერიასთან, კერძოდ, განაწილების საკითხთან. ენერგია ტალღის სიგრძეზე თერმული შავი სხეულის გამოსხივების დროს.

ეს სირთულეები და წინააღმდეგობები დაძლეული იქნა 1900 წელს გერმანელი ფიზიკოსის მ.პლანკის მიერ წამოყენებული თამამი ჰიპოთეზის წყალობით, რომლის მიხედვითაც. სინათლის გამოსხივება ხდება არა განუწყვეტლივ, არამედ დისკრეტულად, ანუ გარკვეულ ნაწილებში (კვანტებში), რომელთა ენერგია განისაზღვრება n სიხშირით:

სადაც თარის პლანკის მუდმივი.

პლანკის თეორიას არ სჭირდება ეთერის კონცეფცია. მან ახსნა სრულიად შავი სხეულის თერმული გამოსხივება.

ა.აინშტაინმა 1905 წელს შექმნა სინათლის კვანტური თეორია:არა მხოლოდ სინათლის გამოსხივება, არამედ მისი გავრცელება ხდება ფორმით სინათლის კვანტების ნაკადი - ფოტონები,რომლის ენერგია განისაზღვრება პლანკის ზემოაღნიშნული ფორმულით და იმპულსი

სადაც l არის ტალღის სიგრძე.

ელექტრომაგნიტური ტალღების კვანტური თვისებები ყველაზე სრულად ვლინდება კომპტონის ეფექტი:როდესაც მონოქრომატული რენტგენის გამოსხივება მიმოფანტულია მსუბუქი ატომების მქონე ნივთიერებით, გაფანტული გამოსხივების შემადგენლობაში, საწყისი ტალღის სიგრძით დამახასიათებელ გამოსხივებასთან ერთად, შეინიშნება უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის გამოსხივება.

სინათლის შესახებ კვანტური იდეები კარგად ემთხვევა გამოსხივების და სინათლის შთანთქმის კანონებს, ურთიერთქმედების კანონებს, მატერიასთან გამოსხივებას. ისეთი კარგად შესწავლილი ფენომენები, როგორიცაა ჩარევა, დიფრაქცია და სინათლის პოლარიზაცია, კარგად არის ახსნილი ტალღის კონცეფციების თვალსაზრისით. სინათლის გავრცელების ყველა შესწავლილი თვისება და კანონი, მისი ურთიერთქმედება მატერიასთან გვიჩვენებს ამას სინათლეს აქვს რთული ბუნება: ეს არის საპირისპირო თვისებების ერთიანობა - კორპუსკულური (კვანტური) და ტალღური (ელექტრომაგნიტური).განვითარების გრძელმა გზამ გამოიწვია თანამედროვე იდეები სინათლის ორმაგი კორპუსკულარულ-ტალღური ბუნების შესახებ.ზემოხსენებული გამონათქვამები აკავშირებს რადიაციის კორპუსკულურ მახასიათებლებს - კვანტის მასას და ენერგიას - ტალღის მახასიათებლებთან - რხევების სიხშირესა და ტალღის სიგრძესთან. ამრიგად, სინათლე არის დისკრეტულობისა და უწყვეტობის ერთიანობა.

კითხვები თვითშემოწმებისთვის

კითხვა 1. რა არის საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანა.

1. შემეცნებითი

2. მსოფლმხედველობა

3. ტელეოლოგიური

4. სამყაროს ბუნებრივ-სამეცნიერო სურათის შექმნა

კითხვა 2. დაასახელეთ ბუნების ფიზიკური აღწერის ყველაზე ზოგადი, მნიშვნელოვანი ფუნდამენტური ცნებები.

1. მატერია

2. მოძრაობა

3. სივრცე

კითხვა 3. რა არის ფილოსოფიური კატეგორია ობიექტური რეალობის აღსანიშნავად, რომელსაც ავლენს ჩვენი შეგრძნებები, მათგან დამოუკიდებლად არსებული.

1. ცნობიერება

2. ჩვენება

3. მატერია

სინათლის ტალღური და კორპუსკულური თვისებები - გვერდი №1/1

სინათლის ტალღური და კორპუსკულარული თვისებები

© მოისეევი ბ.მ., 2004

კოსტრომას სახელმწიფო უნივერსიტეტი
1 მაიას ქუჩა, 14, კოსტრომა, 156001, რუსეთი
ელფოსტა: [ელფოსტა დაცულია] ; [ელფოსტა დაცულია]

სინათლის, როგორც ფიზიკური ვაკუუმის აგზნების პერიოდული თანმიმდევრობის განხილვის შესაძლებლობა ლოგიკურად არის გამოყვანილი. ამ მიდგომის შედეგად, ახსნილია ტალღის ფიზიკური ბუნება და სინათლის კორპუსკულური თვისებები.

ლოგიკური დასკვნა იმის შესაძლებლობის შესახებ, რომ სინათლე მივიჩნიოთ ფიზიკური ვაკუუმური აგზნების პერიოდულ თანმიმდევრობად, მოცემულია სტატიაში. ასეთი მიდგომის შედეგად აქ არის ახსნილი ტალღის ფიზიკური ბუნება და სინათლის კორპუსკულური მახასიათებლები.

შესავალი

სინათლის ფენომენების ფიზიკური ბუნების გაგების მრავალსაუკუნოვანი მცდელობები შეწყდა მე-20 საუკუნის დასაწყისში მატერიის ორმაგი თვისებების თეორიის აქსიომატიკაში შემოტანით. სინათლე ერთდროულად დაიწყო ტალღადაც და ნაწილაკადაც. თუმცა, რადიაციული კვანტური მოდელი ფორმალურად აშენდა და ჯერ კიდევ არ არის ცალსახა გაგება რადიაციული კვანტურის ფიზიკური ბუნების შესახებ.

ეს ნაშრომი ეძღვნება ახალი თეორიული იდეების ჩამოყალიბებას სინათლის ფიზიკური ბუნების შესახებ, რამაც თვისობრივად უნდა ახსნას სინათლის ტალღური და კორპუსკულური თვისებები. მანამდე გამოქვეყნდა შემუშავებული მოდელის ძირითადი დებულებები და ამ მოდელის ფარგლებში მიღებული შედეგები:

1. ფოტონი არის ვაკუუმის ელემენტარული აგზნების ერთობლიობა, რომელიც ვრცელდება სივრცეში აგზნების ჯაჭვის სახით ვაკუუმის სიჩქარესთან მუდმივი შეფარდებით, სინათლის წყაროს სიჩქარისგან დამოუკიდებლად. დამკვირვებლისთვის, ფოტონის სიჩქარე დამოკიდებულია დამკვირვებლის სიჩქარეზე ვაკუუმთან მიმართებაში, ლოგიკურად მოდელირებული, როგორც აბსოლუტური სივრცე.

2. ელემენტარული ვაკუუმის აგზნება არის ფოტონების წყვილი, დიპოლი, რომელიც წარმოიქმნება ორი (+) და (-) დამუხტული ნაწილაკებისგან. დიპოლები ბრუნავენ და აქვთ კუთხოვანი იმპულსი, რაც ერთობლივად ქმნის ფოტონის სპიინს. ფოტონების ბრუნვის რადიუსი და კუთხური სიჩქარე დაკავშირებულია Rω = const დამოკიდებულებით.

3. ფოტონები შეიძლება მივიჩნიოთ, როგორც თხელი გრძელი ცილინდრული ნემსები. ცილინდრ-ნემსების წარმოსახვითი ზედაპირები იქმნება ფოტონების სპირალური ტრაექტორიებით. რაც უფრო მაღალია ბრუნვის სიხშირე, მით უფრო თხელია ფოტონის ნემსი. ფოტონების წყვილის ერთი სრული ბრუნი განსაზღვრავს ტალღის სიგრძეს სივრცეში მოძრაობის მიმართულებით.

4. ფოტონის ენერგია განისაზღვრება ფოტონების n წყვილის რაოდენობით ერთ ფოტონში: ε = nh E, სადაც h E არის პლანკის მუდმივის ტოლი ენერგიის ერთეულებში.

5. მიღებულია ფოტონის სპინის რაოდენობრივი მნიშვნელობა ћ. ჩატარდა ფოტონის ენერგიისა და კინემატიკური პარამეტრების ურთიერთკავშირის ანალიზი. მაგალითად, გამოითვლება წყალბადის ატომში 3d2p გადასვლის შედეგად წარმოქმნილი ფოტონის კინემატიკური პარამეტრები. სპექტრის ხილულ ნაწილში ფოტონის სიგრძე მეტრია.

6. ფოტონების წყვილის მასა გამოითვალა m 0 = 1,474 10 -53 გ, რაც სიდიდის მიხედვით ემთხვევა ფოტონის მასის ზედა შეფასებას m 

7. გაკეთდა დასკვნა C და h მუდმივების ცვლილების შესახებ, როდესაც ფოტონი მოძრაობს გრავიტაციულ ველში.

ფოტონის პერიოდული სტრუქტურიდან, სინათლის ტალღური თვისებების მიზეზი ინტუიციურად ნათელია: ტალღის მათემატიკა, როგორც ფიზიკური გარემოს მექანიკური ვიბრაციის პროცესი და ნებისმიერი თვისებრივი ხასიათის პერიოდული პროცესის მათემატიკა, ემთხვევა ერთმანეთს. . ნაშრომებში მოცემულია სინათლის ტალღური და კორპუსკულური თვისებების თვისებრივი ახსნა. ეს სტატია აგრძელებს იდეების განვითარებას სინათლის ფიზიკური ბუნების შესახებ.

სინათლის ტალღური თვისებები

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სინათლის ფიზიკურ ბუნებასთან დაკავშირებული პერიოდულობის ელემენტები იწვევენ ტალღის თვისებების გამოვლინებას. სინათლის ტალღური თვისებების გამოვლინება დადგენილია მრავალი დაკვირვებითა და ექსპერიმენტით და, შესაბამისად, საეჭვო არ არის. შემუშავებულია მათემატიკური ტალღის თეორია დოპლერის ეფექტის, ინტერფერენციის, დიფრაქციის, პოლარიზაციის, დისპერსიის, შთანთქმის და სინათლის გაფანტვის შესახებ. სინათლის ტალღური თეორია ორგანულად არის დაკავშირებული გეომეტრიულ ოპტიკასთან: ლიმიტში, როგორც  → 0, ოპტიკის კანონები შეიძლება ჩამოყალიბდეს გეომეტრიის ენაზე.

ჩვენი მოდელი არ აუქმებს ტალღის მოდელის მათემატიკურ აპარატს. ჩვენი მუშაობის მთავარი მიზანი და მთავარი შედეგია თეორიის აქსიომიკაში ისეთი ცვლილებების დანერგვა, რომელიც ააღრმავებს ფენომენის ფიზიკური არსის გაგებას და აღმოფხვრის პარადოქსებს.

სინათლის თანამედროვე კონცეფციების მთავარი პარადოქსია ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა (CWD). ფორმალური ლოგიკის კანონების შესაბამისად, სინათლე არ შეიძლება იყოს როგორც ტალღა, ასევე ნაწილაკი ამ ტერმინების ტრადიციული გაგებით. ტალღის ცნება გულისხმობს უწყვეტობას, ერთგვაროვან გარემოს, რომელშიც წარმოიქმნება კონტინიუმის ელემენტების პერიოდული აშლილობა. ნაწილაკის ცნება გულისხმობს ცალკეული ელემენტების იზოლაციას და ავტონომიას. HPC-ის ფიზიკური ინტერპრეტაცია არც ისე მარტივია.

კორპუსკულური და ტალღური მოდელების ერთობლიობა პრინციპის მიხედვით „ტალღა არის ნაწილაკების ნაკრების დარღვევა“ იწვევს წინააღმდეგობას, რადგან სინათლის ერთ, ერთ ნაწილაკში ტალღის თვისებების არსებობა მტკიცედ ითვლება. იშვიათად მფრინავი ფოტონების ჩარევა ჯანოშიმ აღმოაჩინა, მაგრამ სასწავლო კურსში არ არის რაოდენობრივი შედეგები, დეტალები და ექსპერიმენტის დეტალური ანალიზი. ინფორმაცია ასეთი მნიშვნელოვანი, ფუნდამენტური შედეგების შესახებ არ არის ხელმისაწვდომი არც საცნობარო წიგნებში და არც ფიზიკის ისტორიის კურსში. როგორც ჩანს, სინათლის ფიზიკური ბუნების საკითხი უკვე მეცნიერების ღრმა უკანა მხარეა.

შევეცადოთ აღვადგინოთ იანოშის ექსპერიმენტის რაოდენობრივი პარამეტრები, რომლებიც ლოგიკურად აუცილებელია შედეგების ინტერპრეტაციისთვის, ბიბერმანის, სუშკინისა და ფაბრიკანტის მსგავსი ექსპერიმენტების ძუნწი აღწერილობის გამოყენებით ელექტრონებით. ცხადია, იანოშის ექსპერიმენტში, მაღალი ინტენსივობის J B სინათლის მოკლე იმპულსიდან მიღებული ინტერფერენციის ნიმუში შედარებული იყო სუსტი ფოტონის ნაკადიდან J M დიდი ხნის განმავლობაში მიღებულ ნიმუშთან. განხილულ ორ სიტუაციას შორის არსებითი განსხვავება ისაა, რომ ნაკადის J M შემთხვევაში, ფოტონების ურთიერთქმედება დიფრაქციულ ინსტრუმენტში უნდა გამოირიცხოს.

ვინაიდან ჯანოშიმ ვერ იპოვა განსხვავება ჩარევის შაბლონებში, ვნახოთ რა პირობებია ამისთვის საჭირო ჩვენი მოდელის ფარგლებში.

L f = 4,5 მ სიგრძის ფოტონი გადის სივრცეში მოცემულ წერტილს დროში τ = L f / C = 4,5 /3ּ10 8 ≈ 1,5ּ10 –8 წმ. თუ დიფრაქციულ სისტემას (მოწყობილობას) აქვს ზომა დაახლოებით 1 მ, მაშინ L f სიგრძის მოწყობილობაში ფოტონის გასავლელად მეტი დრო იქნება: τ' = (L f + 1) / C ≈ 1.8ּ10. -8 წმ.

გარე დამკვირვებელი ვერ ხედავს ერთ ფოტონს. ფოტონის დაფიქსირების მცდელობა ანადგურებს მას - სხვა ვარიანტი არ არსებობს სინათლის ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკების „დანახვის“. ექსპერიმენტი იყენებს სინათლის დროის საშუალო თვისებებს, კერძოდ, ინტენსივობას (ენერგია ერთეულ დროს). იმისათვის, რომ ფოტონები არ იკვეთებოდეს დიფრაქციულ მოწყობილობაში, აუცილებელია მათი განცალკევება სივრცეში მოძრაობის ტრაექტორიის გასწვრივ ისე, რომ τ' მოწყობილობის გავლის დრო ნაკლები იყოს დროზე t, რომელიც ყოფს შემდეგი ფოტონების ჩამოსვლას ინსტალაცია, ანუ τ' 1.8ּ10 –8 ს.

ელექტრონებთან ექსპერიმენტებში, საშუალო დროის ინტერვალი ორ ნაწილაკს შორის, რომლებიც თანმიმდევრულად გადიან დიფრაქციულ სისტემაში, დაახლოებით 3-10 4-ჯერ მეტი იყო, ვიდრე ერთი ელექტრონის მიერ მთელ მოწყობილობაში გასავლელად დახარჯული დრო. წერტილოვანი ნაწილაკებისთვის ეს კავშირი დამაჯერებელია.

სინათლის ექსპერიმენტს მნიშვნელოვანი განსხვავება აქვს ელექტრონების ექსპერიმენტისგან. თუ ელექტრონების უნიკალურობის კონტროლი შესაძლებელია მათი ენერგიის უმნიშვნელო დამახინჯების გამო, მაშინ ეს შეუძლებელია ფოტონებით. ფოტონებთან ექსპერიმენტში, სივრცეში ფოტონების იზოლაციის რწმენა არ შეიძლება იყოს სრული; სტატისტიკურად შესაძლებელია, რომ ორი ფოტონი თითქმის ერთდროულად მოხვდეს. ამან შეიძლება გამოიწვიოს სუსტი ჩარევის ნიმუში ხანგრძლივი დაკვირვების დროს.

იანოშის ექსპერიმენტების შედეგები უდავოა, თუმცა გამოცდილების თეორიაზე ასეთი დასკვნის გაკეთება შეუძლებელია. თეორიულად, რეალურად ვარაუდობენ, რომ ჩარევის ნიმუში წარმოიქმნება მხოლოდ ეკრანის ზედაპირზე ნაწილაკების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების შედეგად. ძლიერი სინათლის ნაკადებისა და მრავალი ნაწილაკების არსებობის შემთხვევაში, ეს არის ჩარევის ინტუიციურად ყველაზე სავარაუდო მიზეზი, მაგრამ სუსტი სინათლის ნაკადებისთვის, ეკრანის განათებაში პერიოდულობის გამოჩენის კიდევ ერთი მიზეზი შეიძლება გახდეს მნიშვნელოვანი. სინათლე იცვლის მიმართულებას მყარ სხეულთან ურთიერთქმედებისას. ნაპრალის კიდეები, დიფრაქციული ბადეები და სხვა დაბრკოლებები, რომლებიც იწვევენ დიფრაქციას - ეს არის ზედაპირი, რომელიც შორს არის იდეალურისგან, არა მხოლოდ ზედაპირის მოპირკეთების თვალსაზრისით. ზედაპირული ფენის ატომები არის პერიოდული სტრუქტურა, რომლის პერიოდი შედარებულია ატომის ზომასთან, ანუ პერიოდულობა არის ანგსტრომის რიგის. მანძილი ფოტონის წყვილებს შორის ფოტონის შიგნით არის L 0 ≈ 10–12 სმ, რაც 4 ბრძანებით მცირეა. ზედაპირის პერიოდული სტრუქტურიდან ფოტო წყვილების ასახვამ უნდა გამოიწვიოს ეკრანზე განათებული და გაუნათებელი ადგილების გამეორება.

არეკლილი სინათლის გავრცელების მიმართულებებში უთანასწორობა ყოველთვის უნდა არსებობდეს, როდესაც აისახება ნებისმიერი ზედაპირიდან, მაგრამ ძლიერი სინათლის ნაკადებით, მხოლოდ საშუალო მახასიათებლებია მნიშვნელოვანი და ეს ეფექტი არ ჩანს. სუსტი სინათლის ნაკადებისთვის, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ეკრანის განათება, რომელიც წააგავს ჩარევას.

ვინაიდან ელექტრონის ზომები ასევე ბევრად უფრო მცირეა, ვიდრე სხეულის ზედაპირის პერიოდული სტრუქტურის ზომები, ელექტრონებისთვის ასევე უნდა იყოს უთანასწორობა დიფრაქციული ნაწილაკების მიმართულებებში, ხოლო სუსტი ელექტრონის ნაკადებისთვის ეს შეიძლება იყოს ერთადერთი მიზეზი. ტალღის თვისებების გამოვლენისთვის.

ამრიგად, ნაწილაკებში ტალღის თვისებების არსებობა, იქნება ეს ფოტონები თუ ელექტრონები, აიხსნება დიფრაქციული ხელსაწყოს ამრეკლავი ან რეფრაქციული ზედაპირის ტალღური თვისებების არსებობით.

ამ ჰიპოთეზის შესაძლო ექსპერიმენტული დადასტურებისთვის (ან უარყოფისთვის) შესაძლებელია გარკვეული ეფექტების პროგნოზირება.

ეფექტი 1

ძლიერი სინათლის ნაკადებისთვის, სინათლის ჩარევის თვისებების მთავარი მიზეზი არის თავად სინათლის პერიოდული სტრუქტურა, გაფართოებული ფოტონი. სხვადასხვა ფოტონების წყვილი ფოტონები ან აძლიერებენ ერთმანეთს ეკრანზე, როდესაც ფაზა ემთხვევა (ვექტორები რურთიერთქმედება წყვილების ფოტონების ცენტრებს შორის, რომლებიც ემთხვევა მიმართულებით, ან სუსტდება ფაზის შეუსაბამობის შემთხვევაში (ვექტორები). რფოტოების ცენტრებს შორის არ ემთხვევა მიმართულებით). ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, სხვადასხვა ფოტონების ფოტოების წყვილი არ იწვევს ერთობლივ ერთდროულ მოქმედებას, მაგრამ ისინი ხვდებიან ეკრანის იმ ნაწილებში, სადაც შეინიშნება განათების შემცირება.

თუ ეკრანი არის გამჭვირვალე ფირფიტა, მაშინ შეიძლება შეინიშნოს შემდეგი ეფექტი: არეკლილი შუქის მინიმუმი შეესაბამება მაქსიმუმს გადამცემ შუქში. იმ ადგილებში, სადაც მინიმალური განათება შეინიშნება არეკლილი შუქით, სინათლეც შემოდის, მაგრამ ის არ აირეკლება ამ ადგილებში, არამედ გადის ფირფიტის შიგნით.

ჩარევის ფენომენში ასახული და ფირფიტის მეშვეობით გადაცემული სინათლის ურთიერთდამატება ცნობილი ფაქტია, რომელიც თეორიულად აღწერილია სინათლის ტალღის მოდელის კარგად განვითარებული ფორმალური მათემატიკური აპარატით. კერძოდ, თეორია ასახავს ნახევრად ტალღის დაკარგვას ასახვის დროს და ეს „ახსნის“ ფაზურ განსხვავებას გადაცემულ და ასახულ კომპონენტებს შორის.

რაც ახალია ჩვენს მოდელში არის ამ ფენომენის ფიზიკური ბუნების ახსნა. ჩვენ ვამტკიცებთ, რომ სუსტი სინათლის ნაკადებისთვის, როდესაც გამორიცხულია ფოტონების ურთიერთქმედება დიფრაქციის მოწყობილობაში, ჩარევის ნიმუშის ფორმირების არსებითი მიზეზი არ იქნება თავად სინათლის პერიოდული სტრუქტურა, არამედ ზედაპირის პერიოდული სტრუქტურა. მოწყობილობა, რომელიც იწვევს დიფრაქციას. ამ შემთხვევაში, ეკრანის ზედაპირზე აღარ იქნება სხვადასხვა ფოტონების წყვილი ფოტონების ურთიერთქმედება და ჩარევა უნდა გამოიხატოს იმაში, რომ იმ ადგილებში, სადაც შუქი ეცემა, იქნება მაქსიმალური განათება, სხვა ადგილებში ეს არ იქნება. იმ ადგილებში, სადაც მინიმალური განათებაა, შუქი საერთოდ არ მიიღებს და ეს შეიძლება შემოწმდეს არეკლილი და გადაცემული სინათლის ჩარევის ნიმუშის ურთიერთდამატების არარსებობა.

ეფექტი 2

განსახილველი პროგნოზის და მთლიანობაში ჩვენი ჰიპოთეზის შემოწმების კიდევ ერთი შესაძლებლობა არის ის სუსტი სინათლის ნაკადებისთვის, სხვა მასალისგან დამზადებული დიფრაქციული მოწყობილობა, რომელიც განსხვავდება ატომების სხვადასხვა ზედაპირის სიმკვრივით, უნდა მისცეს სხვადასხვა ჩარევის ნიმუში იმავე სინათლის გამომუშავებისთვის. ეს პროგნოზი პრინციპში ასევე შესამოწმებელია.

ეფექტი 3

ამრეკლავი სხეულის ზედაპირის ატომები მონაწილეობენ თერმულ მოძრაობაში, ბროლის ბადის კვანძები ასრულებენ ჰარმონიულ ვიბრაციას. ბროლის ტემპერატურის ზრდამ უნდა გამოიწვიოს ჩარევის ნიმუშის დაბინდვა სუსტი სინათლის ნაკადების შემთხვევაში, რადგან ამ შემთხვევაში ჩარევა დამოკიდებულია მხოლოდ ამრეკლავი ზედაპირის პერიოდულ სტრუქტურაზე. ძლიერი სინათლის ნაკადებისთვის, დიფრაქციული მოწყობილობის ტემპერატურის ეფექტი ინტერფერენციის ნიმუშზე უნდა იყოს სუსტი, თუმცა ეს არ არის გამორიცხული, რადგან ბროლის გისოსების თერმული ვიბრაციები უნდა არღვევდეს თანმიმდევრულ მდგომარეობას ფოტონების არეკლილი წყვილებისთვის სხვადასხვა ფოტონებიდან. . ეს პროგნოზი პრინციპში ასევე შესამოწმებელია.

სინათლის კორპუსკულური თვისებები

ჩვენს პუბლიკაციებში შემოგვთავაზეს ტერმინი „ფოტონის სტრუქტურული მოდელი“. დღეს ბრჭყალებში ჩასმული სიტყვების ერთობლიობის გაანალიზებისას აუცილებელია მისი აღიარება უკიდურესად წარუმატებლად. საქმე იმაშია, რომ ჩვენს მოდელში ფოტონი, როგორც ლოკალიზებული ნაწილაკი, არ არსებობს. გასხივოსნებული ენერგიის კვანტი, რომელიც თანამედროვე თეორიაში იდენტიფიცირებულია ფოტონით, ჩვენს მოდელში არის ვაკუუმური აგზნების ნაკრები, რომელსაც ეწოდება ფოტონების წყვილი. აღგზნები ნაწილდება სივრცეში მოძრაობის მიმართულებით. მიკროსამყაროს მასშტაბის უზარმაზარი მასშტაბის მიუხედავად, დროის ინტერვალის სიმცირის გამო, რომლის დროსაც წყვილების ასეთი ნაკრები მიფრინავს რომელიმე მიკროობიექტს ან ეჯახება მას, ასევე მიკროსამყაროს ობიექტების შედარებითი ინერციის გამო, კვანტები. შეიძლება მთლიანად შეიწოვოს ეს მიკროობიექტები. კვანტური ფოტონი ცალკე ნაწილაკად აღიქმება მხოლოდ მიკრო ობიექტებთან ასეთი ურთიერთქმედების პროცესში, როდესაც მიკრო ობიექტის ურთიერთქმედების ეფექტი თითოეულ წყვილ ფოტონთან შეიძლება დაგროვდეს, მაგალითად, აგზნების სახით. ატომის ან მოლეკულის ელექტრონული გარსი. სინათლე ავლენს კორპუსკულურ თვისებებს ასეთი ურთიერთქმედების დროს, როდესაც არსებითი, მოდელის მიხედვით, თეორიულად გათვალისწინებული ფაქტორი არის სინათლის ენერგიის გარკვეული დისკრეტული რაოდენობის გამოსხივება ან შთანთქმა.

ენერგეტიკული კვანტების ოფიციალურმა იდეამაც კი მისცა პლანკს აეხსნა შავი სხეულის გამოსხივების მახასიათებლები, ხოლო აინშტაინს გაეგო ფოტოელექტრული ეფექტის არსი. ენერგიის დისკრეტული ნაწილის კონცეფცია დაეხმარა ახლებურად აღწეროს ისეთი ფიზიკური ფენომენები, როგორიცაა სინათლის წნევა, სინათლის არეკვლა, დისპერსია - რაც უკვე აღწერილია ტალღის მოდელის ენაზე. ენერგიის დისკრეტულობის იდეა და არა წერტილის ნაწილაკების-ფოტონების იდეა არის ის, რაც ნამდვილად მნიშვნელოვანია სინათლის თანამედროვე კორპუსკულურ მოდელში. ენერგიის კვანტის დისკრეტულობა შესაძლებელს ხდის ახსნას ატომებისა და მოლეკულების სპექტრები, მაგრამ კვანტური ენერგიის ლოკალიზაცია ერთ იზოლირებულ ნაწილაკში ეწინააღმდეგება ექსპერიმენტულ ფაქტს, რომ ემისიის დრო და ენერგიის კვანტის შთანთქმის დრო. ატომით საკმაოდ დიდია მიკროსამყაროს მასშტაბით - დაახლოებით 10–8 წმ. თუ კვანტური ლოკალიზებული წერტილის ნაწილაკია, მაშინ რა ბედი ეწევა ამ ნაწილაკს 10-8 წამში? სინათლის ფიზიკურ მოდელში გაფართოებული კვანტური ფოტოონის შეყვანა შესაძლებელს ხდის ხარისხობრივად გავიგოთ არა მხოლოდ ემისიის და შთანთქმის პროცესები, არამედ ზოგადად რადიაციის კორპუსკულური თვისებები.

ფოტოების რაოდენობრივი პარამეტრები

ჩვენს მოდელში განხილვის მთავარი ობიექტია რამდენიმე ფოტო. ფოტონის ზომებთან შედარებით (ხილული სინათლის გრძივი ზომები არის მეტრი), ვაკუუმის აგზნება წყვილი ფოტონების სახით შეიძლება ჩაითვალოს წერტილივით (გრძივი განზომილება არის დაახლოებით 10–14 მ). მოდით რაოდენობრივად დავადგინოთ რამდენიმე ფოტო პარამეტრი. ცნობილია, რომ γ-კვანტები წარმოიქმნება ელექტრონისა და პოზიტრონის განადგურების დროს. დაიბადოს ორი γ-კვანტი. მოდით შევაფასოთ მათი რაოდენობრივი პარამეტრების ზედა ზღვარი, თუ დავუშვებთ ელექტრონისა და პოზიტრონის ენერგიას ამ ნაწილაკების დანარჩენი ენერგიის ტოლი:

. (1)

გამოჩენილი ფოტო წყვილების რაოდენობაა:

. (2)

ყველა (–) ფოტონის მთლიანი მუხტი არის –e, სადაც e არის ელექტრონის მუხტი. ყველა (+) ფოტონის ჯამური მუხტი არის +e. მოდით გამოვთვალოთ ერთი ფოტოზე გადატანილი დამუხტვის მოდული:

კლ. (3)

მიახლოებით, მოძრავი მუხტების დინამიური ურთიერთქმედების გათვალისწინების გარეშე, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ მბრუნავი წყვილი ფოტონების ცენტრიდანული ძალა მათი ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალაა. ვინაიდან მბრუნავი მუხტების წრფივი სიჩქარე უდრის C-ს, ვიღებთ (SI სისტემაში):

, (4)

სადაც m 0 / 2 \u003d h E / C 2 - ერთი ფოტოს მასა. (4)-დან ვიღებთ გამონათქვამს ფოტონების მუხტის ცენტრების ბრუნვის რადიუსისთვის:

მ (5)

ფოტონის "ელექტრული" განივი კვეთის გათვალისწინებით R El რადიუსის S წრის ფართობად, მივიღებთ:

ნაშრომში მოცემულია ფორმულა QED-ის ფარგლებში ფოტონის განივი მონაკვეთის გამოსათვლელად:

, (7)

სადაც σ იზომება სმ 2-ში. თუ ვივარაუდებთ ω = 2πν, და ν = n (განზომილების გათვალისწინების გარეშე), ვიღებთ განივი მონაკვეთის შეფასებას QED მეთოდის გამოყენებით:

. (8)

განსხვავება ფოტონის კვეთის ჩვენს შეფასებით არის 6 რიგის სიდიდის, ანუ დაახლოებით 9%. ამავდროულად, უნდა აღინიშნოს, რომ ჩვენი შედეგი ფოტონის ჯვარედინი კვეთისთვის ~ 10 -65 სმ 2 იყო მიღებული, როგორც უძრავი ნაწილაკების განადგურების ზედა შეფასება, ხოლო რეალურ ელექტრონს და პოზიტრონს აქვთ მოძრაობის ენერგია. კინეტიკური ენერგიის გათვალისწინებით, განივი კვეთა უფრო მცირე უნდა იყოს, ვინაიდან ფორმულაში (1) რადიაციაში გადასული ნაწილაკების ენერგია მეტი იქნება და შესაბამისად, მეტი ფოტონების წყვილი. ერთი ფოტოზე დამუხტვის გამოთვლილი მნიშვნელობა ნაკლები იქნება (ფორმულა 3), შესაბამისად, R El (ფორმულა 5) და ჯვარი განყოფილება S (ფორმულა 6) ნაკლები იქნება. ამის გათვალისწინებით, ფოტონის კვეთის ჩვენი შეფასება უნდა იყოს აღიარებული, როგორც დაახლოებით QED შეფასებასთან.

გაითვალისწინეთ, რომ ფოტოს სპეციფიკური მუხტი ემთხვევა ელექტრონის სპეციფიკურ მუხტს (პოზიტრონი):

. (9)

თუ ფოტოს (ელექტრონის მსგავსად) აქვს ჰიპოთეტური „ბირთვი“, რომელშიც კონცენტრირებულია მისი მუხტი და „ბეწვის საფარი“ დარღვეული ფიზიკური ვაკუუმიდან, მაშინ ფოტონების წყვილის „ელექტრული“ ჯვარი არ უნდა ემთხვეოდეს "მექანიკური" კვეთა. მოდით, ფოტონების მასის ცენტრები ბრუნავდნენ R Mex რადიუსის წრის გარშემო C სიჩქარით. ვინაიდან C = ωR Mex, მივიღებთ:

. (10)

ამრიგად, წრის სიგრძე, რომლის გასწვრივაც მასის ფოტო ცენტრები ბრუნავენ, ტოლია ტალღის სიგრძისა, რაც სავსებით ბუნებრივია, როდესაც ტრანსლაციის და ბრუნვის სიჩქარე ტოლია „ტალღის სიგრძის“ კონცეფციის ინტერპრეტაციაში. მაგრამ ამ შემთხვევაში, გამოდის, რომ ზემოთ განხილული ანიჰილაციის შედეგად მიღებული ფოტონებისთვის R Mex ≈ 3,8∙10 –13 m ≈ 10 22 ∙R El. დარღვეული ვაკუუმის ბეწვის ქურთუკი, რომელიც გარშემორტყმულია ფოტონების ბირთვებს, აქვს გიგანტური ზომები თავად ბირთვთან შედარებით.

რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი საკმაოდ უხეში შეფასებებია. ნებისმიერ ახალ მოდელს არ შეუძლია სიზუსტით კონკურენცია გაუწიოს უკვე არსებულ მოდელს, რომელიც მიაღწია გარიჟრაჟს. მაგალითად, როდესაც გამოჩნდა კოპერნიკის ჰელიოცენტრული მოდელი, დაახლოებით 70 წლის განმავლობაში პრაქტიკული ასტრონომიული გამოთვლები ხდებოდა პტოლემეოს გეოცენტრული მოდელის შესაბამისად, რადგან ამან უფრო ზუსტი შედეგი გამოიწვია.

მეცნიერებაში ფუნდამენტურად ახალ საფუძველზე მოდელების დანერგვა არა მხოლოდ სუბიექტურ წინააღმდეგობასთან შეჯახებაა, არამედ გამოთვლებისა და პროგნოზების სიზუსტის ობიექტური დაკარგვა. პარადოქსული შედეგებიც შესაძლებელია. ფოტონების ბრუნვის ელექტრულ და მექანიკურ რადიუსებს შორის ~ 10 22 ბრძანებების შედეგად მიღებული თანაფარდობა არა მხოლოდ მოულოდნელია, არამედ ფიზიკურად გაუგებარია. ერთადერთი გზა, რომ როგორმე გავიგოთ მიღებული თანაფარდობა, არის ვივარაუდოთ, რომ წყვილი ფოტონების ბრუნვას აქვს მორევის ხასიათი, რადგან ამ შემთხვევაში, თუ კომპონენტების წრფივი სიჩქარე ბრუნვის ცენტრიდან სხვადასხვა მანძილზე ტოლია, მათი კუთხური სიჩქარე. განსხვავებული უნდა იყოს.

ინტუიციურად, სამგანზომილებიანი სტრუქტურის ბრუნვის მორევის ბუნება თხელი საშუალოდან - ფიზიკური ვაკუუმიდან, კიდევ უფრო გასაგებია, ვიდრე ფოტონების წყვილის ბრუნვის იდეა, რომელიც მოგვაგონებს მყარი სხეულის ბრუნვას. მორევის მოძრაობის ანალიზმა შემდგომში უნდა გამოიწვიოს განსახილველი პროცესის ახალი თვისებრივი გაგება.

შედეგები და დასკვნები

ნამუშევარი აგრძელებს იდეების განვითარებას სინათლის ფიზიკური ბუნების შესახებ. გაანალიზებულია კორპუსკულურ-ტალღური დუალიზმის ფიზიკური ბუნება. ფუნდამენტურად დამოწმებადი ეფექტები ნაწინასწარმეტყველებია ექსპერიმენტებში სუსტი სინათლის ნაკადების ჩარევასა და დიფრაქციაზე. შესრულებულია ფოტონების მექანიკური და ელექტრული პარამეტრების რაოდენობრივი გამოთვლები. გამოითვლება ფოტონების წყვილის ჯვარი და კეთდება დასკვნა წყვილის მორევის სტრუქტურის შესახებ.

ლიტერატურა

1. მოისეევი ბ.მ. ფოტონის სტრუქტურა. - დეპ. VINITI-ში 12.02.98 No445 - B98.

2. მოისეევი ბ.მ. მასა და ენერგია ფოტონის სტრუქტურულ მოდელში. - დეპ. VINITI-ში 01.04.98 No964 - B98.

3. მოისეევი ბ.მ. მოძრაობის მდგომარეობაში მყოფი სხეულის მთლიან ენერგიასა და მასაზე. - დეპ. VINITI-ში 12.05.98 No1436 - B98.

4. მოისეევი ბ.მ. ფოტონი გრავიტაციულ ველში. - დეპ. VINITI-ში 27.10.99 No3171 - B99.

5. მოისეევი ბ.მ. ფოტონის სტრუქტურის მოდელირება. - კოსტრომა: კსუ-ის გამომცემლობა im. ᲖᲔ. ნეკრასოვა, 2001 წ.

5. მოისეევი ბ.მ. ფოტონის მიკროსტრუქტურა // კონგრესის შრომები-2002 „ბუნებისმეტყველებისა და ტექნოლოგიების ფუნდამენტური პრობლემები“, ნაწილი III, გვ.229–251. - პეტერბურგი, პეტერბურგის სახელმწიფო უნივერსიტეტის გამომცემლობა, 2003 წ.

7 ფიზ. რევ. ლეტ. 90 081 801 (2003 წ.). http://prl.aps.org

8. სივუხინ დ.ვ. ატომური და ბირთვული ფიზიკა. 2 საათში ნაწილი 1 ატომური ფიზიკა. – მ.: ნაუკა, 1986 წ.

9. ფიზიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი. 5 ტომად - მ .: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1960-66 წ.

10. ფიზიკა. დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი. - მ .: დიდი რუსული ენციკლოპედია, 1999 წ.

11. კუდრიავცევი პ.ს. კურსი ფიზიკის ისტორიაში. - მ .: განათლება, 1974 წ.

12. ახიეზერ ა.ი. კვანტური ელექტროდინამიკა / A.I. ახიეზერი, ვ.ვ. ბერესტეცკი - მ .: ნაუკა, 1981 წ.