Tänään puhumme Lebedevin kokeesta valofotonien paineen todistamisessa. Paljastamme tämän löydön tärkeyden ja taustan, joka johti siihen.
Tieto on uteliaisuutta
Uteliaisuusilmiössä on kaksi näkökulmaa. Toinen ilmaistaan sanonnalla "uteliaiselta Varvar alta revittiin nenä torilla", ja toinen - sanonnalla "uteliaisuus ei ole pahe". Tämä paradoksi on helppo ratkaista, jos erotetaan alueet, joilla kiinnostus ei ole tervetullutta tai päinvastoin, sitä tarvitaan.
Johannes Kepler ei syntynyt tiedemieheksi: hänen isänsä taisteli sodassa ja äiti piti tavernaa. Mutta hänellä oli poikkeuksellisia kykyjä ja hän oli tietysti utelias. Lisäksi Kepler kärsi vakavasta näkövammasta. Mutta hän teki löytöjä, joiden ansiosta tiede ja koko maailma ovat siellä, missä ne ovat nyt. Johannes Kepler on kuuluisa Kopernikuksen planeettajärjestelmän selventämisestä, mutta tänään puhumme tiedemiehen muista saavutuksista.
Inertia ja aallonpituus: keskiaikainen perintö
Viisikymmentä tuhatta vuotta sitten matematiikka ja fysiikka kuuluivat "Taide"-osioon. Siksi Kopernikus osallistui kappaleiden (mukaan lukien taivaankappaleiden), optiikkaan ja painovoiman liikkeen mekaniikkaan. Hän todisti inertian olemassaolon. PäätelmistäTämä tiedemies kasvatti modernia mekaniikkaa, käsitettä kappaleiden vuorovaikutuksista, tiedettä kosketuksissa olevien esineiden nopeuksien vaihdosta. Kopernikus kehitti myös harmonisen lineaarioptiikan järjestelmän.
Hän esitteli käsitteitä, kuten:
- "valon taittuminen";
- "taittuminen";
- "optinen akseli";
- "täydellinen sisäinen heijastus";
- "valaistus".
Ja hänen tutkimuksensa osoitti lopulta valon a altoluonteen ja johti Lebedevin kokeeseen fotonien paineen mittaamiseksi.
Valon kvanttiominaisuudet
Ensinnäkin on syytä määritellä valon olemus ja puhua siitä, mitä se on. Fotoni on sähkömagneettisen kentän kvantti. Se on energiapaketti, joka liikkuu avaruuden läpi kokonaisuutena. Et voi "purraa" vähän energiaa fotonista, mutta se voidaan muuttaa. Jos esimerkiksi aine absorboi valoa, niin kehon sisällä sen energia pystyy muuttumaan ja lähettämään takaisin fotonin eri energialla. Mutta muodollisesti tämä ei ole sama valon kvantti, joka absorboitiin.
Esimerkki tästä olisi kiinteä metallipallo. Jos ainepala repeytyy pinn altaan, muoto muuttuu, se lakkaa olemasta pallomainen. Mutta jos sulatat koko esineen, otat nestemäistä metallia ja luot sitten jäännöksistä pienemmän pallon, siitä tulee taas pallo, mutta erilainen, ei sama kuin ennen.
Valon a altoominaisuudet
Fotoneilla on aallon ominaisuuksia. Perusparametrit ovat:
- aallonpituus (merkitsee tilaa);
- taajuus (merkitseeaika);
- amplitudi (kuvaa värähtelyn voimakkuutta).
Sähkömagneettisen kentän kvanttina fotonilla on kuitenkin myös etenemissuunta (merkitty a altovektorina). Lisäksi amplitudivektori pystyy pyörimään a altovektorin ympäri ja luomaan a altopolarisaation. Useiden fotonien samanaikaisessa emissiossa myös vaihe, tai pikemminkin vaihe-ero, tulee tärkeäksi tekijäksi. Muista, että vaihe on se osa värähtelyä, joka a altorintamalla on tietyllä ajanhetkellä (nousu, maksimi, lasku tai minimi).
Massaa ja energiaa
Kuten Einstein nokkelasti todisti, massa on energiaa. Mutta kussakin yksittäistapauksessa sellaisen lain etsiminen, jonka mukaan arvo muuttuu toiseksi, voi olla vaikeaa. Kaikki edellä mainitut valon a altoominaisuudet liittyvät läheisesti energiaan. Nimittäin: aallonpituuden lisääminen ja taajuuden pienentäminen tarkoittaa vähemmän energiaa. Mutta koska on energiaa, fotonilla on oltava massa, joten siinä on oltava kevyt paine.
Kokemusrakenne
Koska fotonit ovat kuitenkin hyvin pieniä, myös niiden massan tulisi olla pieni. Sen riittävän tarkasti määrittävän laitteen rakentaminen oli vaikea tekninen tehtävä. Venäläinen tiedemies Lebedev Petr Nikolajevitš selvisi siitä ensimmäisenä.
Koe itse perustui vääntömomentin määrittävien painojen suunnitteluun. Poikkipalkki ripustettiin hopealangaan. Sen päihin oli kiinnitetty erilaisia ohuita levyjämateriaaleja. Useimmiten Lebedevin kokeessa käytettiin metalleja (hopeaa, kultaa, nikkeliä), mutta siellä oli myös kiilleä. Koko rakenne asetettiin lasiastiaan, johon syntyi tyhjiö. Sen jälkeen yksi levy oli valaistu, kun taas toinen jäi varjoon. Lebedevin kokemus osoitti, että yhden puolen valaistus johtaa siihen, että vaa'at alkavat pyöriä. Poikkeaman kulman mukaan tiedemies arvioi valon voimakkuuden.
Kokee vaikeuksia
1900-luvun alussa oli vaikea saada aikaan riittävän tarkkaa koetta. Jokainen fyysikko osasi luoda tyhjiön, työskennellä lasin kanssa ja kiillottaa pintoja. Itse asiassa tieto hankittiin käsin. Tuohon aikaan ei ollut suuria yrityksiä, jotka tuottaisivat tarvittavat laitteet sadoittain kappaleina. Lebedevin laite luotiin käsin, joten tiedemies kohtasi useita vaikeuksia.
Tyhjiö ei tuolloin ollut edes keskimääräinen. Tiedemies pumppasi ilmaa lasikorkin alta erityisellä pumpulla. Mutta kokeilu tapahtui parhaimmillaan harvinaisessa ilmapiirissä. Valon painetta (impulssin siirtoa) oli vaikea erottaa laitteen valaistun puolen kuumenemisesta: suurin este oli kaasun läsnäolo. Jos koe suoritettaisiin syvässä tyhjiössä, ei olisi molekyylejä, joiden Brownin liike valaistulla puolella olisi voimakkaampi.
Poikkeutuskulman herkkyys jätti paljon toivomisen varaa. Nykyaikaiset ruuvimittarit voivat mitata kulmia radiaanin miljoonasosaan asti. 1800-luvun alussa mittakaava oli nähtävissä paljaalla silmällä. Tekniikkaaika ei pystynyt tarjoamaan samaa levyjen painoa ja kokoa. Tämä puolestaan teki massan tasaisen jakautumisen mahdottomaksi, mikä vaikeutti myös vääntömomentin määrittämistä.
Kierteen eristys ja rakenne vaikuttavat suuresti tulokseen. Jos metallikappaleen toista päätä kuumennettiin jostain syystä enemmän (tätä kutsutaan lämpötilagradienttiksi), lanka saattoi alkaa kiertyä ilman kevyttä painetta. Huolimatta siitä, että Lebedevin laite oli melko yksinkertainen ja antoi suuren virheen, valon fotoneilla tapahtuva liikemäärän siirto vahvistettiin.
Valaistuslevyjen muoto
Edellisessä osassa lueteltiin monia kokeessa esiintyneitä teknisiä vaikeuksia, mutta ne eivät vaikuttaneet pääasiaan - valoon. Puhtaasti teoreettisesti kuvittelemme, että levylle putoaa monokromaattisten säteiden säde, jotka ovat tiukasti yhdensuuntaisia toistensa kanssa. Mutta 1900-luvun alussa valonlähde oli aurinko, kynttilät ja yksinkertaiset hehkulamput. Jotta säteen säde olisi yhdensuuntainen, rakennettiin monimutkaisia linssijärjestelmiä. Ja tässä tapauksessa lähteen valovoimakäyrä oli tärkein tekijä.
Fysiikan tunnilla sanotaan usein, että säteet tulevat yhdestä pisteestä. Mutta todellisilla valogeneraattoreilla on tietyt mitat. Lisäksi filamentin keskiosa voi lähettää enemmän fotoneja kuin reunat. Tämän seurauksena lamppu valaisee jotkin alueet ympärillään paremmin kuin toiset. Viivaa, joka kiertää koko avaruuden samalla valaistuksella tietystä lähteestä, kutsutaan valovoimakäyräksi.
Verikuu ja osittainen pimennys
Vampyyriromaanit ovat täynnä kauheita muutoksia, joita tapahtuu ihmisille ja luonnolle verikuussa. Mutta se ei tarkoita, etteikö tätä ilmiötä pitäisi pelätä. Koska se on seurausta Auringon suuresta koosta. Keskitähteemme halkaisija on noin 110 maan halkaisijaa. Samaan aikaan näkyvän levyn toisesta ja toisesta reunasta lähtevät fotonit saavuttavat planeetan pinnan. Siten, kun Kuu putoaa Maan ulompaan sävyyn, se ei ole täysin peitetty, vaan muuttuu ikään kuin punaiseksi. Myös planeetan ilmakehä on syyllinen tähän sävyyn: se imee kaikki näkyvät aallonpituudet oranssia lukuun ottamatta. Muista, että myös aurinko muuttuu punaiseksi auringonlaskun aikaan, ja kaikki juuri siksi, että se kulkee paksumman ilmakehän kerroksen läpi.
Miten maapallon otsonikerros syntyy?
Huolellinen lukija saattaa kysyä: "Mitä tekemistä valonpaineella on Lebedevin kokeiden kanssa?" Valon kemiallinen vaikutus johtuu muuten myös siitä, että fotoni kuljettaa vauhtia. Tämä ilmiö on nimittäin vastuussa joistakin planeetan ilmakehän kerroksista.
Kuten tiedät, v altameremme absorboi pääasiassa auringonvalon ultraviolettikomponenttia. Lisäksi elämä tunnetussa muodossa olisi mahdotonta, jos maan kivinen pinta kylpeisi ultraviolettivalossa. Mutta noin 100 kilometrin korkeudessa ilmakehä ei ole vielä tarpeeksi paksu imeäkseen kaikkea. Ja ultravioletti saa mahdollisuuden olla vuorovaikutuksessa suoraan hapen kanssa. Se hajottaa molekyylit O2vapaita atomeja ja edistää niiden yhdistämistä toiseen modifikaatioon - O3. Puhtaassa muodossaan tämä kaasu on tappava. Siksi sitä käytetään ilman, veden, vaatteiden desinfiointiin. Mutta osana maan ilmakehää se suojaa kaikkea elävää haitallisen säteilyn vaikutuksilta, koska otsonikerros absorboi erittäin tehokkaasti sähkömagneettisen kentän kvantit näkyvän spektrin yläpuolella olevilla energioilla.
