Sot do të flasim për eksperimentin e Lebedev në vërtetimin e presionit të fotoneve të dritës. Ne do të zbulojmë rëndësinë e këtij zbulimi dhe sfondin që çoi në të.
Dituria është kuriozitet
Ka dy këndvështrime për fenomenin e kuriozitetit. Njëra shprehet me thënien “Varvarës kureshtare iu këput hunda në treg”, dhe tjetra me thënien “kurioziteti nuk është ves”. Ky paradoks zgjidhet lehtësisht nëse bëhet dallimi midis fushave në të cilat interesi nuk është i mirëpritur ose, përkundrazi, është i nevojshëm.
Johannes Kepler nuk lindi për t'u bërë shkencëtar: babai i tij luftoi në luftë dhe nëna e tij mbante një tavernë. Por ai kishte aftësi të jashtëzakonshme dhe, natyrisht, ishte kurioz. Përveç kësaj, Kepler vuante nga një dëmtim i rëndë i shikimit. Por ishte ai që bëri zbulime, falë të cilave shkenca dhe e gjithë bota janë aty ku janë tani. Johannes Kepler është i famshëm për sqarimin e sistemit planetar të Kopernikut, por sot do të flasim për arritje të tjera të shkencëtarit.
Inercia dhe gjatësia e valës: Një trashëgimi mesjetare
Pesëdhjetë mijë vjet më parë, matematika dhe fizika i përkisnin seksionit "Art". Prandaj, Koperniku ishte i angazhuar në mekanikën e lëvizjes së trupave (përfshirë ato qiellore), dhe optikën dhe gravitetin. Ishte ai që vërtetoi ekzistencën e inercisë. Nga përfundimetKy shkencëtar rriti mekanikën moderne, konceptin e ndërveprimeve të trupave, shkencën e shkëmbimit të shpejtësive të objekteve që kontaktojnë. Koperniku zhvilloi gjithashtu një sistem harmonik të optikës lineare.
Ai prezantoi koncepte të tilla si:
- "përthyerja e dritës";
- "përthyerje";
- "bosht optik";
- "reflektim total i brendshëm";
- "ndriçim".
Dhe kërkimi i tij përfundimisht vërtetoi natyrën valore të dritës dhe çoi në eksperimentin e Lebedev në matjen e presionit të fotoneve.
Vetitë kuantike të dritës
Së pari, ia vlen të përcaktohet thelbi i dritës dhe të flasim për atë që është ajo. Një foton është një kuant i një fushe elektromagnetike. Është një paketë energjie që lëviz nëpër hapësirë në tërësi. Ju nuk mund të "kafshoni" pak energji nga një foton, por ajo mund të transformohet. Për shembull, nëse drita përthithet nga një substancë, atëherë brenda trupit energjia e tij është në gjendje të pësojë ndryshime dhe të lëshojë një foton me një energji të ndryshme. Por zyrtarisht, kjo nuk do të jetë e njëjta sasi drite që u përthit.
Një shembull i kësaj do të ishte një top metalik i fortë. Nëse një pjesë e materies shkëputet nga sipërfaqja e saj, atëherë forma do të ndryshojë, ajo do të pushojë së qeni sferike. Por nëse shkrini të gjithë objektin, merrni pak metal të lëngshëm dhe më pas krijoni një top më të vogël nga mbetjet, atëherë do të jetë përsëri një sferë, por e ndryshme, jo e njëjtë si më parë.
Vetitë valore të dritës
Fotonet kanë vetitë e valës. Parametrat bazë janë:
- gjatësia vale (karakterizon hapësirën);
- frekuenca (karakterizonkoha);
- amplitudë (karakterizon forcën e lëkundjes).
Megjithatë, si një kuant i një fushe elektromagnetike, një foton gjithashtu ka një drejtim të përhapjes (të shënuar si një vektor valor). Përveç kësaj, vektori i amplitudës është në gjendje të rrotullohet rreth vektorit të valës dhe të krijojë polarizimin e valës. Me emetimin e njëkohshëm të disa fotoneve, faza, ose më mirë diferenca e fazës, gjithashtu bëhet një faktor i rëndësishëm. Kujtoni se faza është ajo pjesë e lëkundjes që ka fronti i valës në një moment të caktuar në kohë (ngritje, maksimum, zbritje ose minimale).
Masa dhe energjia
Siç e vërtetoi me zgjuarsi Ajnshtajni, masa është energji. Por në çdo rast specifik, kërkimi i një ligji sipas të cilit një vlerë shndërrohet në një tjetër mund të jetë i vështirë. Të gjitha karakteristikat e mësipërme të valës së dritës janë të lidhura ngushtë me energjinë. Përkatësisht: rritja e gjatësisë valore dhe zvogëlimi i frekuencës do të thotë më pak energji. Por meqenëse ka energji, atëherë fotoni duhet të ketë masë, prandaj duhet të ketë presion të lehtë.
Struktura e përvojës
Megjithatë, duke qenë se fotonet janë shumë të vogla, masa e tyre gjithashtu duhet të jetë e vogël. Për të ndërtuar një pajisje që mund ta përcaktonte atë me saktësi të mjaftueshme ishte një detyrë e vështirë teknike. Shkencëtari rus Lebedev Petr Nikolaevich ishte i pari që u përball me të.
Vetë eksperimenti u bazua në hartimin e peshave që përcaktuan momentin e përdredhjes. Një traversë ishte varur në një fije argjendi. Në skajet e tij ishin ngjitur pllaka të holla identike nga më të ndryshmetMateriale. Më shpesh, metalet (argjendi, ari, nikel) janë përdorur në eksperimentin e Lebedev, por ka pasur edhe mikë. E gjithë struktura u vendos në një enë qelqi, në të cilën u krijua një vakum. Pas kësaj, njëra pjatë është ndriçuar, ndërsa tjetra ka mbetur në hije. Përvoja e Lebedev vërtetoi se ndriçimi i njërës anë çon në faktin se peshorja fillon të rrotullohet. Sipas këndit të devijimit, shkencëtari gjykoi forcën e dritës.
Përjetoni vështirësi
Në fillim të shekullit të njëzetë, ishte e vështirë të ngrihej një eksperiment mjaftueshëm i saktë. Çdo fizikant dinte se si të krijonte një vakum, të punonte me xhami dhe të lustronte sipërfaqet. Në fakt, njohuritë u morën me dorë. Në atë kohë, nuk kishte korporata të mëdha që do të prodhonin pajisjet e nevojshme në qindra pjesë. Pajisja e Lebedev u krijua me dorë, kështu që shkencëtari u përball me një sërë vështirësish.
Vakuumi në atë kohë nuk ishte as mesatar. Shkencëtari nxori ajrin nga poshtë një kapak xhami me një pompë të veçantë. Por eksperimenti u zhvillua në rastin më të mirë në një atmosferë të rrallë. Ishte e vështirë të ndahej presioni i dritës (transferimi i impulsit) nga ngrohja e anës së ndriçuar të pajisjes: pengesa kryesore ishte prania e gazit. Nëse eksperimenti do të kryhej në një vakum të thellë, atëherë nuk do të kishte molekula, lëvizja Browniane e të cilave në anën e ndriçuar do të ishte më e fortë.
Ndjeshmëria e këndit të devijimit la shumë për të dëshiruar. Gjetësit modern të vidave mund të matin këndet deri në të miliontat e radianit. Në fillim të shekullit të nëntëmbëdhjetë, peshore mund të shihej me sy të lirë. Teknikakoha nuk mund të siguronte peshë dhe madhësi identike të pllakave. Kjo, nga ana tjetër, e bëri të pamundur shpërndarjen e barabartë të masës, gjë që krijoi gjithashtu vështirësi në përcaktimin e çift rrotullues.
Izolimi dhe struktura e fillit ndikon shumë në rezultat. Nëse njëra skaj i pjesës metalike nxehet më shumë për ndonjë arsye (kjo quhet gradient i temperaturës), atëherë teli mund të fillojë të rrotullohet pa presion të lehtë. Pavarësisht se pajisja e Lebedev ishte mjaft e thjeshtë dhe jepte një gabim të madh, fakti i transferimit të momentit nga fotonet e dritës u konfirmua.
Forma e pllakave ndriçuese
Seksioni i mëparshëm renditi shumë vështirësi teknike që ekzistonin në eksperiment, por nuk ndikuan në gjënë kryesore - dritën. Thjesht teorikisht, imagjinojmë se një rreze rrezesh monokromatike bie në pjatë, të cilat janë rreptësisht paralele me njëra-tjetrën. Por në fillim të shekullit të njëzetë, burimi i dritës ishte dielli, qirinjtë dhe llambat e thjeshta inkandeshente. Për ta bërë rrezen e rrezeve paralele, u ndërtuan sisteme komplekse të lenteve. Dhe në këtë rast, kurba e intensitetit të dritës së burimit ishte faktori më i rëndësishëm.
Në klasën e fizikës shpesh thuhet se rrezet vijnë nga një pikë. Por gjeneratorët e vërtetë të dritës kanë dimensione të caktuara. Gjithashtu, mesi i një filamenti mund të lëshojë më shumë fotone sesa skajet. Si rezultat, llamba ndriçon disa zona rreth saj më mirë se të tjerat. Vija që shkon rreth gjithë hapësirës me të njëjtin ndriçim nga një burim i caktuar quhet kurba e intensitetit të dritës.
Hëna e përgjakshme dhe eklips i pjesshëm
Romanet e vampirëve janë të mbushur me transformime të tmerrshme që u ndodhin njerëzve dhe natyrës në hënën e përgjakur. Por nuk thotë se ky fenomen nuk duhet pasur frikë. Sepse është rezultat i madhësisë së madhe të Diellit. Diametri i yllit tonë qendror është afërsisht 110 diametra të Tokës. Në të njëjtën kohë, fotonet e emetuara nga njëra dhe tjetra skaj i diskut të dukshëm arrijnë në sipërfaqen e planetit. Kështu, kur Hëna bie në gjysmën e Tokës, ajo nuk errësohet plotësisht, por, si të thuash, bëhet e kuqe. Atmosfera e planetit është gjithashtu fajtore për këtë hije: thith të gjitha gjatësitë e valëve të dukshme, përveç atyre portokalli. Mos harroni, Dielli gjithashtu bëhet i kuq në perëndim të diellit, dhe gjithçka pikërisht sepse kalon nëpër një shtresë më të trashë të atmosferës.
Si krijohet shtresa e ozonit në Tokë?
Një lexues i përpiktë mund të pyesë: "Çfarë lidhje ka presioni i dritës me eksperimentet e Lebedev?" Efekti kimik i dritës, nga rruga, është gjithashtu për shkak të faktit se fotoni mbart vrull. Përkatësisht, ky fenomen është përgjegjës për disa shtresa të atmosferës së planetit.
Siç e dini, oqeani ynë ajror thith kryesisht përbërësin ultravjollcë të dritës së diellit. Për më tepër, jeta në një formë të njohur do të ishte e pamundur nëse sipërfaqja shkëmbore e tokës do të lahej me dritë ultravjollcë. Por në një lartësi prej rreth 100 km, atmosfera nuk është ende aq e trashë sa të thithë gjithçka. Dhe ultravjollcë merr mundësinë për të bashkëvepruar drejtpërdrejt me oksigjenin. Ai thyen molekulat O2 nëatome të lira dhe promovon kombinimin e tyre në një modifikim tjetër - O3. Në formën e tij të pastër, ky gaz është vdekjeprurës. Kjo është arsyeja pse përdoret për dezinfektimin e ajrit, ujit, veshjeve. Por si pjesë e atmosferës së tokës, ajo mbron të gjitha gjallesat nga efektet e rrezatimit të dëmshëm, sepse shtresa e ozonit thith në mënyrë shumë efektive kuantet e fushës elektromagnetike me energji mbi spektrin e dukshëm.
