Gjennom to årtusener

Quotable SITATER 1. Sunn fornuft er deponering av fordommer fastsatt i sinnet før fylte 18 år. A. Einstein 2. Gud er en matematiker av en meget høy rekkefølge og han brukte svært avansert matematikk ved bygging av universet. P.A.M. Dirac 3. Hvis du ikke blir forvirret av Quantum Physics så du har egentlig ikke forstått det. N.Bohr   Hva er Photo-elektrisk effekt? I Foto-elektrisk effekt, er et metall belyses med lys. Under visse omstendigheter, vil elektronene som avgis fra den belyste flaten. Vi kan variere intensiteten av lys og dets frekvens (fargen).

Forventninger om klassisk fysikk. Disse forventninger er basert på den oppfatning at lyset er en elektromagnetisk bølge, hvis vi øker intensiteten av lyset dette tilsvarer øke amplituden av den oscillerende elektriske feltet hvor lysbølge er komponert. Siden energien i lysstrålen spres jevnt over strålen, blir den overført kontinuerlig til de elektroner, som krever et visst minimum av energi for å unnslippe tiltrekningskrefter av metallet. I det følgende, "Den maksimale energi av elektronene" betyr "Energien av de mest energirike elektroner". a. Uansett frekvensen av det innfallende lys, vil elektroner avgis fra metalloverflaten så lenge lys bærer nok energi - dvs. hvis det er tilstrekkelig intens. b. Dersom intensiteten av lyset økes den maksimale energi av elektronene bør også øke. c. Det kan være en tidsforsinkelse mellom tenning av lyset og utseendet av de første elektroner, jo lavere lysintensitet, vil lenger være denne tidsforsinkelse. Eksperimentelle observasjonene. a. Ikke ett elektron avgis dersom frekvensen av lyset er under en viss verdi (kalt "terskelen frekvens", som er avhengig av typen av metall). Over denne terskelen frekvens, øker den maksimale energi av de utsendte elektroner i direkte forhold til frekvensen til lyset. b. Den maksimale energi av de utsendte elektroner er uavhengig av intensiteten av lyset. c. Uansett hvor svak lyset, så lenge dens frekvens er over terskelen frekvens, starter utslipp av elektroner UMIDDELBART lyset er slått på. (I tilfelle skulle lure, en økning i lysintensiteten øker antall elektroner avgis per sekund, og samtidig la energien av hver elektron uendret). Einsteins forklaring. a. Lyset kommer i klumper som vi kaller fotoner. b. Energien til hver foton er direkte proporsjonal med frekvensen til lyset. c. Samspillet mellom et foton og et elektron i metall er en unik, elemental handling, der foton kan gi opp noen, eller alle av sin energi til elektronet, som deretter kan ha nok energi til å flykte fra metallet. Hvorfor forklare dette observasjonene? Elektronet holdes i metall ved de elektriske krefter, og kan bare unnslippe hvis en viss minimum mengde av energi er gitt til den. Dersom fotonenergi (dvs. frekvensen) er for lav til å overvinne denne tiltrekningskraft mellom elektroner og metallet, kan elektronene ikke unnslippe. Dermed frekvensen til fotonet må være over en viss verdi (som avhenger av den spesielle metall). Når vi er over denne grensen, treffer foton enten et elektron eller det ikke. Hvis den gjør det, og hvis nok energi overføres til den elektron fra foton vil elektronet har nok energi til å rømme umiddelbart, uten tidsforsinkelse. Også, hvis vi øke energien til fotonet ved å øke dens frekvens, kan elektronene som interagerer med disse elektronene kommer ut med økt energien). Einsteins formodning at energien av et foton er proporsjonal dens frekvens kan skrives E_photon = h f ; her t er Plancks konstant. Partikler er også Waves. Den store suksessen Einsteins teori for den fotoelektriske effekten stimulere de Broglie å postulere i sin Ph.D. avhandling ved Universitetet i Paris at partikler kan vise wave-lignende egenskaper. Starter fra Einsteins forhold, E_photon = h f og bruke forholdet gitt av Maxwells ligninger for fremdriften av en lys bølge, E_light = pc (der p er momentum av lyset, og c er lysets hastighet), avledet de Broglie den expression p =h/, hvor er bølgelengden til lyset, han foreslo at dette forholdet kan bli tatt over å referere til partikler, som "bølgelengde" (hva nå enn det betyr!) ville bli gitt av = h/p. [Legg merke til deliciously schizofren utseende av disse formlene, på høyre side er det en "partikkel" eiendom - energi eller momentum, mens på høyre side er det en "bølge" eiendom - frekvens eller bølgelengde.] Hvordan kan disse partikkel bølgelengder observeres? Husk at en identifisere funksjonen av bølger er deres evne til å gripe inn, som i den doble slit eksperimentet. Men for elektroner, for eksempel, viser denne bølgelengde for å være svært liten. Nå husker (se Waves) som bølge effekter (dvs. diffraksjon effekter eller forstyrrelser) er vanskelig å se hvis vi bruker måleinstrumenter som er mye større enn de bølgelengdene involvert. Så det var ikke overraskende at den første bekreftelsen av De Broglie er tilsynelatende fantastisk forslaget bør finne eksperimentell støtte i studiet av samspillet av elektroner med metaller. For vanlige plan av atomer som er funnet krystaller viser seg å være bare av riktig størrelsesorden å tillate observasjon av forstyrrelser effekter av elektroner som blir reflektert fra metall krystall overflater. Faktisk slike krystall flyene allerede hadde blitt brukt til å vise effekten av interferens for røntgen - som er bare veldig korte bølgelengde elektromagnetiske bølger, bølgelengden av røntgenstråler er rundt noen angstroms - 1A = 10-10m - så vi trenger en "diffraksjonsgitter" som har linjeavstanden mellom spaltene av samme størrelsesorden som denne bølgelengde, og krystall flyene gjøre jobben! I 1927, tre år etter de Broglie forslag, Davisson og Germer, som arbeider ved Bell Labs i USA, og uavhengig GP Thomson arbeider ved Cambridge University, observert interferensmønstre i spredning av elektroner. Den "bølgelengde" av elektroner, beregnet fra observerte interferensmønstre enige nøyaktig med de Broglie formel.   Oversatt s http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Key/quantpho.htm#TOP Hjemmeside