Περιεχόμενο
- Η Διπλή Φύση του Φωτός
- Η καταστροφή της υπεριώδους ακτινοβολίας
- Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα
- Θεωρία Einsteins Verified
Ο Albert Einstein θυμάται για τη θεωρία της σχετικότητας και την εξίσωση που εξισώνει τη μάζα και την ενέργεια, αλλά ούτε το επίτευγμα του κέρδισε το βραβείο Νόμπελ. Έλαβε την τιμή αυτή για τη θεωρητική του εργασία στην κβαντική φυσική. Αναπτύσσοντας ιδέες που προωθήθηκαν από το γερμανικό φυσικό Max Planck, ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι το φως αποτελείται από διακριτά σωματίδια. Πρόβλεψε ότι το λαμπερό φως σε μια μεταφορική επιφάνεια θα δημιουργούσε ένα ηλεκτρικό ρεύμα και αυτή η πρόβλεψη αποδείχθηκε στο εργαστήριο.
Η Διπλή Φύση του Φωτός
Ο Sir Isaac Newton, περιγράφοντας τη συμπεριφορά του φωτός που διαθλάστηκε από ένα πρίσμα, πρότεινε ότι το φως αποτελείται από σωματίδια. Θεωρούσε ότι η περίθλαση προκλήθηκε επειδή τα σωματίδια επιβραδύνθηκαν όταν ταξιδεύουν μέσα από πυκνά μέσα.Οι φυσικοί αργότερα έτειναν να βλέπουν ότι το φως ήταν ένα κύμα. Ένας λόγος γι 'αυτό ήταν ότι το λαμπερό φως μέσα από δύο σχισμές δημιουργεί ταυτόχρονα ένα μοτίβο παρεμβολής, το οποίο είναι δυνατό μόνο με τα κύματα. Όταν ο James Clerk Maxwell δημοσίευσε τη θεωρία του για τον ηλεκτρομαγνητισμό το 1873, βάσισε τις εξισώσεις στην κυματοειδή φύση της ηλεκτρικής ενέργειας, του μαγνητισμού και του φωτός - ένα σχετικό φαινόμενο.
Η καταστροφή της υπεριώδους ακτινοβολίας
Η κομψότητα των εξισώσεων Maxwells αποτελεί ισχυρή ένδειξη για την θεωρία των κυμάτων της μετάδοσης του φωτός, αλλά ο Max Planck εμπνεύστηκε να αντικρούσει αυτή τη θεωρία για να εξηγήσει τη συμπεριφορά που παρατηρείται όταν θερμαίνεται ένα «μαύρο κουτί», το οποίο δεν μπορεί να διαφύγει από το φως. Σύμφωνα με τις κατανοήσεις της δυναμικής των κυμάτων, το κιβώτιο πρέπει να ακτινοβολεί μια άπειρη ποσότητα υπεριώδους ακτινοβολίας όταν θερμαίνεται. Αντίθετα, ακτινοβολούσε σε διακριτές συχνότητες - καμία από αυτές δεν ήταν άπειρη. Το 1900, ο Planck προωθούσε την ιδέα ότι η ενεργειακή ενέργεια ήταν «κβαντισμένη» σε διακριτά πακέτα για να εξηγήσει αυτό το φαινόμενο, το οποίο ήταν γνωστό ως η υπεριώδης καταστροφή.
Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα
Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πήρε ιδέες για την καρδιά του Πλάνκς και το 1905 δημοσίευσε ένα βιβλίο με τίτλο «Σε μια ευρετική άποψη σχετικά με την παραγωγή και τη μετατροπή του φωτός», στο οποίο τις χρησιμοποίησε για να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο που παρατηρήθηκε αρχικά από τον Heinrich Hertz το 1887. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, το φως που προσπίπτει σε μια μεταλλική επιφάνεια δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα επειδή τα ελαφριά σωματίδια χτυπούν ηλεκτρόνια από τα άτομα που συνθέτουν το μέταλλο. Η ενέργεια του ρεύματος θα πρέπει να ποικίλει ανάλογα με τη συχνότητα - ή το χρώμα - του προσπίπτοντος φωτός, όχι ανάλογα με την ένταση του φωτός. Αυτή η ιδέα ήταν επαναστατική σε μια επιστημονική κοινότητα στην οποία οι εξισώσεις Maxwells ήταν καλά καθιερωμένες.
Θεωρία Einsteins Verified
Ο αμερικανός φυσικός Robert Millikan δεν ήταν πεπεισμένος αρχικά για τις θεωρίες των Αϊνστάιν και επινόησε προσεκτικά πειράματα για να τα δοκιμάσει. Τοποθετούσε μια μεταλλική πλάκα μέσα σε ένα γυάλινο βολβό που εκκενώθηκε, έλαμψε φως διαφόρων συχνοτήτων στο πιάτο και κατέγραψε τα προκύπτοντα ρεύματα. Αν και ο Millikan ήταν σκεπτικός, οι παρατηρήσεις του συμφωνούσαν με τις προβλέψεις του Einstein. Ο Αϊνστάιν έλαβε το βραβείο Νόμπελ το 1921 και ο Μιλλικάν το έλαβε το 1923. Ούτε ο Αϊνστάιν, ο Πλανκ ούτε ο Μιλλικάν ονομάζουν τα σωματίδια «φωτόνια». Αυτός ο όρος δεν τέθηκε σε χρήση έως ότου δημιουργήθηκε από τον φυσικό του Berkeley Gilbert Lewis το 1929.