Korpuskularna natura światła.
darek.p...@gmail.com
Zastanawia mnie jak można udowodnić w warunkach domowych korpuskularną
budowe światła. Google za dużo na ten temat nie mówi więc postanowiłem
tutaj zapytać.
Doświadczenie udowadniające falowej struktury swiatla przychodzi mi
od razu na myśl. Skoro wiemy o dwoistej naturze swiatła to dlaczego
dla nas jest jedynie oczywista jest falowa? Przecież przez ponad 300
lat fizycy spierali sie o to jaką nature ma swiatlo.
Pozdrawiam Darek
SasQ
> Zastanawia mnie jak można udowodnić w warunkach domowych
> korpuskularną budowe światła. Google za dużo na ten temat
> nie mówi więc postanowiłem tutaj zapytać.
Z reguły podręczniki i ich właściciele podają jako przykład
efekt fotoelektryczny, który występuje np. w "fotokomórkach",
ogniwach słonecznych, czy matrycach CCD w kamerach cyfrowych.
Sprawa wygląda mniej więcej tak:
Jest sobie płytka metalowa, na którą pada światło. To światło
ma jakiś kolor, czyli częstotliwość fali. Padając na płytkę
powoduje uwalnianie elektronów. Mogą one następnie być
wyłapywane przez drugą płytkę, czyli między tymi płytkami
popłynie prąd elektryczny, który można zmierzyć.
Można też zmierzyć energię elektronów.
Okazuje się, że energia kinetyczna tych elektronów nie zależy
od intensywności światła padającego na płytkę, a jedynie od
jego częstotliwości (koloru).
Przed Einsteinem nikt nie potrafił wyjaśnić tego efektu na
gruncie klasycznych teorii elektromagnetyzmu. Einstein dostał
nagrodę Nobla w 1921 roku za wyjasnienie tego efektu. To on
po raz pierwszy użył nazwy "foton" w 1905 roku. Wyjaśniał on, że
światło składa się z cząstek zwanych fotonami, które uderzając w
płytkę metalową przekazują swój pęd elektronom. Skoro tak, to
zwiększenie intensywności światła zwiększy jedynie liczbę
uwolnionych elektronów (płynący prąd), ale nie ich energię.
Energia zwiększy się tylko wtedy, gdy zwiększy się częstotliwość
fali światła. Einstein opisał to wzorem:
h f = W + Ek
gdzie "W" to praca wyjścia (energia, jaką musi mieć elektron, by
uwolnić się z powierzchni metalu), "h" to stała Plancka, "f" to
częstotliwość fali światła, a "Ek" to energia kinetyczna elektronu.
Widać tutaj wyraźnie, że wzór jest praktycznie taki sam, jak u Plancka:
h f = E
czyli określa związek częstotliwości z energią. Można też skorzystać
ze wzoru Louisa de Broglie, który wiąże długość fali z pędem, by
poznać pęd fotonu:
p = h / lambda
["p" = pęd, "lambda" = długość fali].
Jednak Einstein nie był zadowolony ze swojego wyjaśnienia.
W 1954 w liście do swojego przyjaciela, Michaela Besso pisze on:
"Całe te pięćdziesiąt lat świadomego brodzenia nie zbliżyły mnie
do odpowiedzi na pytanie: 'Czym są kwanty światła?' Dziś każdy
Tom, Dick i Harry myśli już, że to wie, lecz jest w błędzie..."
[Albert Einstein, "Idee i opinie", 1954]
Miał rację. Pojęcie fotonu było tylko wybiegiem myślowym, sposobem
na fizyczne opisanie zjawiska. Ale nadanie czemuś nazwy "foton" nie
wyjaśnia wcale, czym to "coś" jest. Sprawia tylko, że czujemy się
z tym bardziej komfortowo i nasza ciekawość jest uśpiona.
> Doświadczenie udowadniające falowej struktury swiatla przychodzi
> mi od razu na myśl. Skoro wiemy o dwoistej naturze swiatła
No właśnie w tym problem, że nie wiemy ;J Choć wielu będzie Ci
wmawiać, że wiemy, to jednak spróbuj zapytać ich o szczegóły, a
ich wiedza okaże się jedynie wyuczonymi formułkami.
> Przecież przez ponad 300 lat fizycy spierali sie o to jaką
> nature ma swiatlo.
Niektórzy spierają się nadal.
Jednak cały ten spór bierze się stąd, że w doświadczeniach energia
"tu wlata, tam wylata" - jeden atom traci energię [np. w źródle światła],
inny atom ją zyskuje [w płytce metalowej], w dokładnie takiej samej ilości.
Co działo się po drodze? Co przeniosło tą energię? Większość naukowców
potrzebuje jakiegoś "nośnika", który przeniesie tą energię z jednego
miejsca w inne: czyli cząstki. Wymyślili sobie, że energię z miejsca w
miejsce przenosi foton. Nadali jej właściwości cząstki, aby mogła
przenosić także pęd i inne cechy kojarzone z cząstkami.
Ale są i tacy naukowcy, którzy potrafią sobie poradzić bez cząstki
zwanej "fotonem" i ominąć w ten sposób całą serię paradoksów związanych
z dualizmem falowo-cząstkowym.
Jeśli interesuje Cię moje zdanie na ten temat, odpowiem
w ślad za Wolffem, Einsteinem i Schroedingerem: Fotony nie istnieją.
Cząstki punktowe nie istnieją. Ładunki elektryczne i masy nie istnieją.
Nie istnieją też pola elektryczne i magnetyczne. Wszystkie te zjawiska
są efektem sprytnej iluzji, którą wykazują fale kwantowe. Schroedinger
pisał:
"To, co obserwujemy jako materialne ciała i siły oddziaływań, jest
niczym więcej jak tylko kształtami i zmianami w strukturze przestrzeni.
Cząstki są tylko pozorami*."
[Erwin Schroedinger, "Życie i myśli", 1989]
[*] W oryginale użył określenia "schaumkommen", co tłumaczy się
dosłownie
jako "mydliny". Chodziło zapewne o analogię do piany na wodzie.
Nie możemy dostrzec ruchów wody, ale widzimy ruchy piany na wodzie i
myślimy, że widzimy rzeczywistość.
Według tych słynnych naukowców fale kwantowe są realne. Nie są jedynie
falami prawdopodobieństwa znalezienia punktowej cząstki w jakimś miejscu.
Schroedinger odrzucał całkowicie ideę punktowej cząstki i interpretację
jego własnych wzorów jako "rozkładu prawdopodobieństwa" [tzw. Interpretacja
Kopenhaska, która mocno się rozpleniła we współczesnej fizyce za sprawą
koleżków Bohra i jest źródłem wielu paradoksów]. Takie fale wcale nie
potrzebują fotonu, ponieważ same w sobie potrafią wymieniać się energią
na zasadzie interferencji i rezonansu. Według tej teorii światło jest
rzeczywiście falą, a ściślej modulacją nałożoną na fale kwantowe.
Energia jest innym sposobem opisu częstotliwości fali kwantowej.
Podobnie to, co nazywamy pędem, jest po prostu odwrotnością długości fali:
p = h / lambda
[za Louisem de Broglie]. Można to też wyrazić przez wektor falowy [liczbę
falową ze wskazaniem kierunku, w którym fala się rozchodzi]:
p = h_bar k
[gdzie "h_bar" czyli "ha kreślne" to stała Diraca, h_bar = h / (2 pi), a
"k" to wektor falowy].
Położenie "cząstki" to centrum fali kwantowej, w którym zgromadzona jest
większość jej amplitudy, gęstość fali jest tam największa. Oddziaływania
zachodzą między centrami fal kwantowych i właśnie dlatego te miejsca
utożsamiamy z położeniem "cząstki".
> to dlaczego dla nas jest jedynie oczywista jest falowa?
Jeśli wyjaśnienie falowe jest dla Ciebie oczywiste, a wyjaśnienie
"cząstkowe"
wydaje się absurdalne, to masz rację. Punktowe cząstki nie są do niczego
potrzebne, jeśli tylko wiesz, w jaki sposób fale mogą odtworzyć te same
właściwości i zachowania. Grono osób, które sobie to uświadamiają, stale
się powiększa i ta teoria jest aktualnie ciągle rozwijana. Jeśli jesteś
ciekaw szczegółów, pogooglaj za następującymi nazwiskami:
Milo Wolff, Gabriel laFreniere, Carver Mead, Akira Tonomura.
Ci goście i ich strony WWW powiedzą Ci więcej.
Wkrótce też powinno się ukazać moje tłumaczenie książki dra Wolffa,
w którym opisuje on swoją teorię falowej struktury materii.
--
SasQ
"Problem z dostrzeżeniem Natury leży w naszym umyśle" [Milo Wolff]
eug...@poczta.onet.pl
Światło ma naturę i korpukularną i falową, gdyż jest porcją fali
elektromagnetycznej. Fale elektromagnetyczne są dwojakiego typu jedne z nich
rozchodząc się w przestrzeni zmniejszają gęstość energii elektromagnetycznej
inne zaś rozchodząc się w przestrzeni nie zmieniają gęstości energii
elektromagnetycznej. Te drugie to właśnie światło, o naturę którego pytasz.
Jeśli ktoś sądzi, że światło jest typową falą em o zmieniającej się gęstości
energii i większej objętości, niech przepuści to światło przez najcieńszy
światłowód, to zmieni zdanie. Światło nie posiada masy spoczynkowej tylko em.
Dla mnie jest to korpuskuła w pojęciu cząstka albo porcja fali em. stąd jej
charakter korpuskularno falowy. Taką porcję fali em osobiście skrutowo nazywam
fotonem. Inny opis światła dla mnie jako fizyka jest nie do przyjęcia, chyba że
ktoś przedstawi bardzo konkretne argumenty uzasadniające inną naturę.
Przedstawiony przeze mnie foton może wzbudzać atom, może być emitowany przez
atom, może być spowalniany przez ośrodek, nie wchodzi w kolizję w obserwowaną
naturą światła.
--
Wysłano z serwisu OnetNiusy: http://niusy.onet.pl
"Paweł W."
> Okazuje się, że energia kinetyczna tych elektronów nie zależy
> od intensywności światła padającego na płytkę, a jedynie od
> jego częstotliwości (koloru).
Czy można zmierzyć jednocześnie prąd jak i energię elektronów???
Czy jeśli jest taka możliwość teoretyczna, to czy dysponujemy
detektorami to umożliwiającymi?
Pozdrawiam,
Pawel W.
--
W 1968 wystarczyla moc obliczeniowa 2 C-64 aby poslac rakiete na
ksiezyc. Teraz 2006 potrzeba sily obliczeniowej Pentium IV 3GHz aby
odpalic Windows Vista
...cos poszlo nie tak.-- bash.org.pl
user: pawelek_79
server: poczta.onet.pl
Wojciech Szczepankiewicz
Użytkownik <eug...@poczta.onet.pl> napisał w wiadomości news:5b22.000000...@newsgate.onet.pl...
[...]
> Jeśli ktoś sądzi, że światło jest typową falą em o zmieniającej się gęstości
> energii i większej objętości, niech przepuści to światło przez najcieńszy
> światłowód, to zmieni zdanie. Światło nie posiada masy spoczynkowej tylko em.
> Dla mnie jest to korpuskuła w pojęciu cząstka albo porcja fali em. stąd jej
> charakter korpuskularno falowy. Taką porcję fali em osobiście skrutowo nazywam
> fotonem.
A jak opisać taką porcję fali? To jest jakiś kawałek funkcji falowej, czy co?
Pozdrawiam,
Wojtek
eug...@poczta.onet.pl
średnicy atomu wodoru, a długość maksymalnie o jeden rząd większa od średnicy.
Jest to pole em wirowe. Obawiam się, że funkcja falowa nie poradzi sobie z taką
wersją fotonu. I teraz matematyk fizyk powie, że foton tak nie może wyglądać,
bo funkcja falowa nie może go opisać, a fizyk powie, że matematycy muszą
dostosować aparat matematyczny do rzeczywistości.
Pozdrawiam
Eugeniusz Włodarczyk
PS
Jeśli pytasz czy porcja fali, to jakiś kawałek funkcji falowej, mogę podobnie
odpowiedzieć, tak to kawałek funkcji falowej ale przepuszczonej przez maszynkę
do mięsa. To oczywiście żart.
Nie myl więc nigdy opisu matematycznego z obiektem fizycznym.
Michał Strojnowski
> "cząstkowe"
> wydaje się absurdalne, to masz rację. Punktowe cząstki nie są do niczego
> potrzebne, jeśli tylko wiesz, w jaki sposób fale mogą odtworzyć te same
> właściwości i zachowania. Grono osób, które sobie to uświadamiają, stale
> się powiększa i ta teoria jest aktualnie ciągle rozwijana.
To wydaje się robienie z igły wideł.
Używamy słowa "cząstka", bo dzięki temu wygodnie wskazujemy o czym mówimy. Czy
foton ma naturę taką czy owaką to jest kwestia kompletnie niefizyczna i
poważni naukowcy po prostu się tym nie zajmują. Ważne żeby przewidywania
modelu były dokładne.
We współczesnej fizyce widać już, że pojęcie cząstki jest tak wygodne, że
świetnie się za jego pomocą opisuje zachowanie także dziur w półprzewodnikach,
fononów w sieci krystalicznej, plazmonów na powierzchni metali itp. Oczywiście
we wszystkich tych przykładach nie odpowiada ono do żadnemu fizycznemu
obiektowi który możemy wziąć do ręki. Ale skoro wzory są takie same, to czemu
tego tak nie opisywać? A czy foton jest "bardziej cząstką" niż plazmon - jakie
to ma w ogóle znaczenie?
--
Wysłano z serwisu Usenet w portalu Gazeta.pl -> http://www.gazeta.pl/usenet/
Simp
wrote:
>
> We współczesnej fizyce widać już, że pojęcie cząstki jest tak wygodne, że
> świetnie się za jego pomocą opisuje zachowanie także dziur w półprzewodnikach,
> fononów w sieci krystalicznej, plazmonów na powierzchni metali itp. Oczywiście
> we wszystkich tych przykładach nie odpowiada ono do żadnemu fizycznemu
> obiektowi który możemy wziąć do ręki. Ale skoro wzory są takie same, to czemu
> tego tak nie opisywać?
> A czy foton jest "bardziej cząstką" niż plazmon - jakie
> to ma w ogóle znaczenie?
No właśnie: skoro nie wiadomo jakie ma to znaczenie,
w takim razie może to mieć bardzo duże znaczenie.
Może te fotony też są fononami?
Z tego mogłoby wynikać już coś konkretnego.