انرژی فوتون تابش نور. توده استراحت فوتون

مفهومی که اخیراً من از یک جهان شبه ساکن منتشر کردم، طوفانی از احساسات مکزیکی را در این سایت ایجاد کرد که تا به امروز فروکش نکرده است. یکی از عوامل رد این مفهوم مشکل وجود توده سکون برای فوتون بود. فکر نمی‌کنم که بتوانم همه را در مورد اعتبار نظرم مبنی بر اینکه فوتون جرم استراحت دارد قانع کنم، بنابراین تصمیم گرفتم بحث را ادامه دهم، اما در سطح کمی متفاوت از درک.

برای شروع، من به سادگی در اینترنت برای اطلاعاتی در مورد نظر دانشمندان در مورد جرم فوتون به طور کلی و جرم استراحت آن به طور خاص جستجو کردم. آنقدر در مورد این موضوع نوشته شده است که حتی ارزش تجزیه و تحلیل همه چیز را نداشت - ده عمر برای این کار کافی نخواهد بود. هر چند در اصل، اختلاف نظر چندانی وجود ندارد. بنابراین، من سه مقاله را انتخاب کردم، آموزنده ترین گزیده ها را از آنها گرفتم و همه را به فکر کردن درباره آنچه که با هم نوشته شده بود دعوت کردم.

چرا فوتون در حال سکون جرم ندارد (و اصلا وجود ندارد)؟ چندین توضیح برای این وجود دارد. اولین - این نتیجه گیری از فرمول ها حاصل می شود. دوم - چون نور ماهیت دوگانه دارد(هم موج و هم جریانی از ذرات است)، سپس، بدیهی است که مفهوم جرم برای تشعشع کاملاً غیر قابل استفاده است. سوم منطقی است: یک چرخ به سرعت در حال چرخش را تصور کنید. اگر از طریق آن نگاه کنید، به جای پره ها می توانید نوعی مه، مه را ببینید. اما به محض اینکه شروع به کاهش سرعت چرخش کنید، مه به تدریج از بین می رود و پس از توقف کامل، فقط پره ها باقی می مانند. در این مثال، مه ذره ای به نام فوتون است. فقط در حرکت و با سرعت مشخصی قابل مشاهده است. اگر سرعت به زیر 300 هزار کیلومتر بر ثانیه برسد، فوتون ناپدید می شود.

http://fb.ru/article/51422/kakova-massa-foton a

"این نتیجه گیری از فرمول ها حاصل می شود" یک استدلال بسیار ضعیف است، البته فقط به این دلیل ساده که هیچ فرمول فیزیکی نمی تواند کاملا دقیق باشد. هنگام استخراج آنها، اغلب از اصل نادیده گرفتن مقادیر بی نهایت کوچک استفاده می شود، به این معنی که همیشه یک راه گریز برای خطا وجود دارد. از آنجایی که جرم سکون فوتون که من محاسبه کردم بسیار کوچک است (1.07721·10-68 کیلوگرم)، می توان انتظار داشت که معادل سازی چنین مقدار کوچکی با صفر نتیجه نادیده گرفتن یک جمله بی نهایت کوچک در یک زنجیره طولانی از فرمول ها باشد.

بعد، تناقضات آشکار قابل توجه است. طبق منطق نویسندگان مقاله، یک فوتون نمی تواند جرم سکون غیر صفر داشته باشد، زیرا دارای خواص موجی است. اما همه کسانی که فیزیک کوانتومی مطالعه کرده‌اند یا حداقل با معادلات شرودینگر و دو بروگلی آشنا هستند، می‌دانند: نه تنها فوتون، بلکه تمام ذرات بنیادی بدون استثنا دارای ویژگی‌های موجی هستند. یعنی اگر از این منطق استفاده کنیم، نه پروتون و نه الکترون نمی توانند جرم سکون داشته باشند. با این حال، همه ما می دانیم که این درست نیست. بنابراین، اعمال این نوع منطق درون به بیرون مطلقاً غیرقانونی است.

با ارائه فوتون به عنوان نوعی "مه" مشاهده شده در هنگام چرخش یک چرخ با پره، به نظر می رسد نویسندگان مقاله درک خود را از اصل موضوع کاملاً از دست داده اند. خوب، بیایید قیاس بین "مه" و فوتون را موفق در نظر بگیریم. اما در ادامه می خوانیم: "به محض اینکه شروع به کاهش سرعت چرخش کنید، مه به تدریج از بین می رود و پس از توقف کامل فقط پره ها باقی می مانند." در این قیاس، کاهش سرعت چرخش چرخ معادل کاهش سرعت فوتون است. و توقف، که پس از آن "فقط پره ها باقی می مانند" یک قیاس کامل از وضعیت باقی ماندن فوتون است. یعنی نویسندگان مقاله ضمن اثبات اینکه فوتون جرم سکون ندارد، متوجه نشدند که چگونه خلاف آن را ثابت کردند: جرم سکون فوتون وجود دارد!..

"مه" نمادی از ویژگی های موج فوتون است که با کاهش سرعت آن به تدریج ناپدید می شوند. پره های چرخ متوقف شده نماد چیست؟ فوتون در حال سکون که خاصیت موجی ندارد. و این نگاه به مشکل کاملاً مشروع است. در حقیقت، در فیزیک کوانتوم، تنها ذرات متحرک دارای خواص موجی هستند. یک الکترون یا پروتون ساکن منحصراً به عنوان یک ذره رفتار می کند و هیچ خاصیت موجی از خود نشان نمی دهد.

و آخرین گاف در مقاله ذکر شده: "اگر سرعت به زیر 300 هزار کیلومتر بر ثانیه برسد، فوتون ناپدید می شود." به کجا ناپدید می شود؟ این نقض مستقیم قانون بقای انرژی است. این بدان معناست که نویسندگان مقاله در استدلال خود اشتباه می کنند.

و در اینجا دو مقاله دیگر وجود دارد که مستقیماً بیان می کند که فوتون جرم سکون ندارد.

هنگام استفاده از وابستگی های (8.4) و (8.5)، معمولاً تأکید نمی شود که جرم فوتون ظاهر شده در این وابستگی ها جرم حرکت است. و فوتون جرم سکون ندارد. در این رابطه نظراتی بیان می شود که جرم فوتون با جرم ذرات ماده برابر است (و حتی اندازه ای از ماده). این با تصور نادرست فوتون به عنوان یک ذره پایدار تسهیل می شود. در واقع فوتون یک ذره پایدار نیست و جرم سکون ندارد.

http://rewolet.ru/book_79_chapter_67_%C2%A7_8.3._O_prirode_m ...

فوتون یک بوزون گیج است. جرم سکون و بار الکتریکی ندارد و پایدار است.

جرم سکون یک فوتون بر اساس آزمایش و توجیهات نظری برابر با صفر در نظر گرفته می شود

از آنجایی که فوتون یک ذره بدون جرم است، در خلاء با سرعت c (سرعت نور در خلاء) حرکت می کند.

http://traditio-ru.org/wiki/Photon

پس از خواندن نقل قول های بالا بلافاصله این سوال پیش می آید که آیا فوتون پایدار است یا خیر؟ در فیزیک ذرات، "ناپایداری" یک ذره به این معنی است که ذره دارای خاصیت شکستن به دو یا چند ذره بنیادی است. به عنوان مثال، یک نوترون آزاد 14-15 دقیقه زندگی می کند، به طور خود به خود (بدون هیچ دلیل خارجی) سپس به سه ذره تجزیه می شود: یک پروتون، یک الکترون و یک آنتی نوترینو الکترونی.

سوال پیچیده: پس از چه زمان و به چه ذرات فوتون تجزیه می شود? در کتاب های مرجع یا در اینترنت به دنبال پاسخ نباشید، فقط وقت خود را تلف می کنید. فوتون پایدار است. این بدان معناست که مقاله دوم را می توان با خیال راحت بعد از مقاله اول ارسال کرد.

خوب، از مقاله سومی که در اینجا ذکر شد، واضح است که مشکل جرم استراحت فوتون هنوز حل نشده است. بقیه جرم فوتون در نظر گرفتن بر اساس آزمایش و توجیه نظری برابر با صفر است." سوال: آیا تشخیص جرمی برابر با 10-68-10/107721 کیلوگرم در طول آزمایش آسان است؟ برای درک مقیاس دشواری هایی که در اینجا ایجاد می شود، ارزش دارد مشکل دیگری را نزدیک یادآوری کنیم. حدود نیم قرن بر اساس تجربیات و توجیهات نظری، دنیای علم بر این باور بود که جرم باقیمانده نوترینو برابر با صفر است.در دهه 70، اولین تردیدها در این مورد مطرح شد، و جایی در نوترینو. در قرن، داده‌ها ظاهر شد که نوترینو هنوز انرژی استراحتی از مرتبه چند الکترون ولت دارد که مربوط به جرمی از مرتبه 36-10 کیلوگرم (≈ 10000 برابر کمتر از جرم یک الکترون) است. تا به حال، آزمایشگران نتوانسته اند پاسخ روشنی در مورد اینکه آیا جرم نوترینو واقعاً این است یا هنوز صفر است، به دست نیاورده اند. همانطور که می بینید، تشخیص جرم 10-36 کیلوگرم از صفر.البته یکی از مشکلات اینجا ناشی از این واقعیت است که نوترینو به شدت ضعیف با ماده برهمکنش می کند.اما جرم سکون تخمینی آن در مقایسه با جرم سکون فوتون که من محاسبه کردم بسیار عظیم است. نسبت 10 32:1 است. به این معنا که جرم یک نوترینو تقریباً برابر با جرم خورشید (که جرم آن 2·10 30 کیلوگرم است) از یک وزن 10 گرمی در مقیاس داروخانه بیشتر از فوتون است. بنابراین به من بگویید: اگر وجود یک توده سکون عظیم یک نوترینو هنوز به طور تجربی اثبات یا رد نشده باشد، آیا می توان از آزمایش کنندگان پاسخی به سؤال در مورد وجود یک توده سکون کوچک فوتون خواست؟ البته که نه.

بنابراین، هیچ دلیل واقعی برای ادعای قاطعانه که جرم سکون برابر با صفر است وجود ندارد.

خوب، آخرین جمله "از آنجایی که فوتون یک ذره بدون جرم است، در خلاء با سرعت c (سرعت نور در خلاء) حرکت می کند" فقط یک وارونگی منطقی از جمله ثابت نشده است "یک فوتون همیشه با سرعت حرکت می کند. نور، زیرا جرم سکون آن صفر است.

به نظر من دلیل باور پایدار به جرم سکون صفر فوتون چیست؟ ساده است. "سرعت نور" پیشینی با "سرعت فوتون" شناسایی می شود. اما در واقع، باید به طور دیگری درک کرد: سرعت نور، سرعت انتشار یک موج الکترومغناطیسی است که توسط یک فوتون متحرک ایجاد می شود. در این حالت، سرعت حرکت خود فوتون لزوماً نباید با سرعت موج منطبق باشد. از این گذشته، امواج دو بروگلی که توسط ذرات متحرک دیگر تولید می‌شوند، با سرعت‌هایی متفاوت از سرعت خود ذرات منتشر می‌شوند.

فوتون کوانتومی از میدان الکترومغناطیسی است، یک ذره بنیادی با جرم سکون صفر و اسپین برابر با یک. فوتون رایج ترین ذرات بنیادی است. در جریان های نور مرئی و در اشعه ایکس و به صورت امواج رادیویی و در پالس های لیزر یافت می شود. در سال 1964، اخترشناسان رادیویی آمریکایی A. Penzias و R. Wilson کشف کردند که فضای جهان پر از امواج رادیویی میلی متری است که می توان آن را به عنوان گاز فوتون سرد در دمای 2.7 کلوین در نظر گرفت. طبق مفاهیم مدرن، این تابش ( به نام تشعشعات باقیمانده) در مراحل اولیه توسعه کیهان، زمانی که ماده در دما و فشار بسیار زیاد قرار داشت (به کیهان شناسی مراجعه کنید) بوجود آمد. چگالی متوسط ​​فوتون های باقی مانده در حدود 500 در هر . این عدد را می توان با فراوانی پروتون هایی که جهان اطراف ما از آنها ساخته شده است مقایسه کرد: در جهان به طور متوسط ​​بیش از یک پروتون در هر . بنابراین، در کیهان، فوتون ها یک میلیارد بار بیشتر از پروتون ها رایج هستند.

سرنوشت تاریخی فوتون غیرعادی است. شاید این تنها ذره بنیادی باشد که نمی توان به نویسنده کشف تجربی آن اشاره کرد. فوتون به صورت نظری توسط M. Planck کشف شد که در 14 دسامبر 1900 در جلسه انجمن فیزیک برلین، فرضیه خود را در مورد کوانتیزه شدن انرژی تابش بیان کرد. از آن لحظه به بعد، دوران کوانتوم در فیزیک آغاز شد.

با توسعه ایده پلانک، A. Einstein در سال 1905 پیشنهاد کرد که نور نه تنها در بخش های جداگانه ساطع و جذب می شود، بلکه شامل آنها نیز می شود. این یک تعمیم جسورانه و غیرعادی بود. به عنوان مثال، ما همیشه آب را به صورت جرعه جرعه می نوشیم، اما از این نتیجه نمی شود که آب از جرعه های جداگانه تشکیل شده است. طبق نظریه انیشتین، یک موج الکترومغناطیسی شروع به شبیه شدن به یک جریان کوانتومی کرد.

فرضیه پلانک توضیح قوانین اثر فوتوالکتریک، لومینسانس و تعدادی از پدیده های دیگر را ممکن کرد. خواص جسمی تابش الکترومغناطیسی به وضوح در آزمایشات A. Compton در مورد پراکندگی پرتوهای ایکس توسط الکترون های آزاد (1922) آشکار شد. اثر کامپتون درستی مفاهیم کوانتومی تابش الکترومغناطیسی و فیزیک را در دهه 1920 تأیید کرد. یک ذره بنیادی جدید به نام فوتون (از کلمه یونانی به معنای "نور") سرانجام وارد شد.

یک فوتون، مانند هر ذره کوانتومی دیگری، همزمان دارای دو خاصیت موجی و جسمی است، بنابراین در مناقشه ای که تقریباً دو قرن بین طرفداران موج و نظریه های جسمی نور به طول انجامید، مشخص شد که همه در مورد خود حق دارند. راه خود. در زندگی معمولی، خواص جسمی نور ظاهر نمی شود، زیرا ما با فوتون ها نه به صورت جداگانه، بلکه با تعداد زیادی در یک لحظه سروکار داریم که به عنوان یک موج نور درک می شود. مشخص است که یک موج الکترومغناطیسی با فرکانس دایره ای o)، شدت و سرعت انتشار c مشخص می شود که معنای اساسی سرعت محدود انتشار برهمکنش ها (مقدار مدرن) را دارد. فوتون های مربوط به موج دارای انرژی و تکانه هستند (مقدار امروزی ثابت پلانک J s). به عنوان مثال، حداکثر تابش خورشید روی نوری با طول موج K سانتی متر می افتد که مربوط به فرکانس دایره ای هرتز است. انرژی چنین فوتون‌هایی J است. ثابت خورشیدی، یعنی انرژی افتی در واحد زمان در واحد سطح زمین برابر است با . ، در باره . در عین حال، در آزمایشات با ذرات بنیادی، آشکارسازها فوتون ها را یک به یک ثبت می کنند و حتی چشم انسان نیز اصولاً قادر به انجام این کار است.

تعداد فوتون ها ثابت نیست؛ آنها می توانند در فرآیندهای برهمکنش ایجاد و از بین بروند، به عنوان مثال در فرآیند نابودی (نگاه کنید به ضد ماده، - نمادهای الکترون و پوزیترون، - نماد فوتون، کوانتوم گاما). هم در اینجا و هم در اثر کامپتون، فوتون ها به عنوان ذرات واقعی قابل مشاهده عمل می کنند. علاوه بر این، فوتون ها می توانند در حالت غیرقابل مشاهده و مجازی وجود داشته باشند و برهمکنش های الکترومغناطیسی را حمل کنند.

خواص فوتون به عنوان یک ذره بنیادی ریشه در الکترودینامیک کلاسیک دارد. فوتون از نظر الکتریکی خنثی است، بار آن صفر است. (در غیر این صورت، دو موج الکترومغناطیسی می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند، و میدان دو بار دیگر مجموع میدان های هر یک از آنها به طور جداگانه نخواهد بود.) فوتون همچنین بارهای دیگری ندارد: گفته می شود که واقعاً خنثی است. و با پاد ذره آن یکسان است (نگاه کنید به ضد ماده). برابری بار یک فوتون -1 است، که از این واقعیت آشکار ناشی می شود که با تغییر علائم همه بارهای هر سیستم، جهت میدان های الکتریکی و مغناطیسی به عکس تغییر می کند. حفظ برابری بار در برهمکنش های الکترومغناطیسی، مرتبط با تقارن بین الکترون ها و پادذرات آنها - پوزیترون ها، منجر به محدودیت های خاصی در واکنش ها می شود. به عنوان مثال، برخی از سیستم‌های ذره‌ای می‌توانند تنها به تعداد زوج فوتون تجزیه شوند، در حالی که برخی دیگر فقط می‌توانند به یک عدد فرد تجزیه شوند (به پادماده مراجعه کنید).

فرآیندهای برهمکنش فوتون ها با الکترون ها و پوزیترون ها به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است - این به اصطلاح الکترودینامیک کوانتومی است که پیش بینی های آن در آزمایش ها با دقت زیادی آزمایش شده است.

جرم بقیه فوتون صفر است. این بدان معنی است که فوتون نه می تواند متوقف شود و نه می توان سرعت آن را کاهش داد. صرف نظر از انرژی آن، محکوم به حرکت با سرعت اساسی c است. اگر فرض کنیم که فوتون مقداری جرم کوچک اما محدود دارد، آنگاه می‌توانیم اثرات مشاهده‌شده‌ای را که به وجود می‌آیند مطالعه کنیم. مانند ذرات معمولی، سرعت فوتون‌ها به انرژی آنها (یعنی به طول موج تابش) بستگی دارد و همیشه کمتر از c خواهد بود. در اصل، اثر پراکندگی امواج الکترومغناطیسی در خلاء را می توان با تابش تپ اخترها تشخیص داد. به بیان تصویری، پرتوهای آبی قبل از پرتوهای قرمز به ناظر می رسد. با توجه به فواصل عظیمی که ما را از تپ اخترها جدا می کند، زمان رسیدن حتی با تفاوت های کوچک در سرعت پرتوهای مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است.

وجود یک توده سکون محدود در یک فوتون منجر به ظهور محدوده ای محدود از عمل نیروهای الکترومغناطیسی می شود. در واقع، اگر باری یک فوتون مجازی ساطع کند، آنگاه عدم قطعیت در انرژی ایجاد می‌شود و با توجه به رابطه عدم قطعیت، چنین فوتونی فقط برای یک دوره زمانی می‌تواند وجود داشته باشد. در این مدت، مسافتی بیشتر از 1 را طی می کند و پس از آن باید توسط شارژ دیگری جذب شود.

این طبیعت انسان است که سعی کند قوانینی را توضیح دهد که دنیای اطراف ما بر اساس آن زندگی می کند. در سپیده دم آگاهی، همه چیز مشاهده شده به مجموعه ای از رعد و برق، رعد و برق، باد مختلف نسبت داده شد - همه آنها ظاهر خود را مدیون خدایان هستند. سپس عرفان جای خود را به علم داد. اگرچه هنوز در مراحل ابتدایی خود بود، با این وجود از قبل به ذهن های کنجکاو اجازه داد تا برخی از پدیده های طبیعی را بدون توسل به خدایان توضیح دهند. جالب توجه خاص نور مرئی بود. در تلاش برای توضیح به نحوی آن، پیشنهاد شد که این یک جریان پیوسته از چند ذره - ذرات ریز است. آی. نیوتن به این مدل پایبند بود و فعالانه از آن دفاع کرد. و چون ذره ای وجود دارد باید به نحوی مشخص شود.

همه می دانند که اگر دست خود را زیر پرتوهای خورشید قرار دهید، احساس گرما می کنید. مشخص است که این امر به دلیل تشعشع امکان پذیر است. اما تشعشع دقیقاً چگونه گرما را منتقل می کند؟ به این ترتیب انرژی فوتون کشف شد - ابتدا با یک روش غیر مستقیم. و خود ذره "کوانتوم نور" نامیده شد. انرژی فوتون به طور گسترده ای در فناوری مدرن استفاده می شود: به عنوان مثال، مکانیزم باز شدن خودکار درب ها را در فروشگاه های بزرگ خرده فروشی فعال می کند.

امکان غیرممکن

بنابراین، فوتون ذره ای از نور، کوانتومی انرژی است. با این حال، تحقیقات بیشتر در مورد دقت مدل جسمی تردید ایجاد کرد. ابتدا هویگنز به برخی از ویژگی‌های غیرعادی اشاره کرد و سپس یونگ با آزمایش‌های خود با چندین شکاف، پدیده تداخل را کشف کرد و بر اساس آن، ماهیت موجی نور را به طرز درخشانی اثبات کرد. به نظر می رسد که ما می توانیم به آن پایان دهیم، اما همه چیز بسیار پیچیده تر شد. باور کردنش سخت است، اما فوتون خصوصیات ذره و موج را و در عین حال از خود نشان می دهد. نتیجه هر آزمایش به انتظارات خود محقق بستگی دارد. فکر و نیت به نحوی یک ذره را به موج تبدیل می کند و دوباره برمی گردد. انرژی فوتون بدون تغییر باقی می ماند و می تواند در چارچوب نظریه الکترومغناطیسی کلاسیک محاسبه شود.

اصطلاح "سرعت نور" ارتباط مستقیمی با فوتون ها دارد. در واقع 300 هزار کیلومتر بر ثانیه سرعت حرکت این ذرات بی جرم است. وجود آنها از حرکت جدایی ناپذیر است: حتی هنگامی که آنها به وجود می آیند، فوتون ها حرکت می کنند و یک پرتو تشکیل می دهند.

انرژی فوتون

انرژی، سرعت و جرم توسط E=mc2 معروف به یکدیگر مرتبط هستند. با تکمیل آن با ثابت پلانک، دریافت می کنیم:

که در آن v طول موج تابش نور (فرکانس فوتون) است. h ثابت پلانک است.

اجازه دهید تکرار کنیم که از آنجایی که این ذره فقط در حرکت وجود دارد، مقدار به دست آمده دقیقاً برای چنین حالتی قابل اعمال است.

بدیهی است که با افزایش فرکانس، انرژی نیز افزایش می یابد. با این حال، چشم انسان قادر به تشخیص فوتون هایی با انرژی ذاتی نسبتا کم است. این با مقدار ثابت پلانک توضیح داده می شود که با عددی به توان -34 نشان داده می شود که انرژی بسیار کمی می دهد. به عنوان مثال، شدیدترین رنگ سبز است. اما حتی انرژی آن 4*10 به توان -19 ژول است.

پس گفتار

گذار از مکانیک کلاسیک به مکانیک کوانتومی مدرن، که در آن تقریباً تمام فرآیندهای جهان خرد را می توان در چارچوب مدل های مناسب توضیح داد، تا سال 1900 ادامه یافت. بخشی از فیزیکدانان به آنچه توسط انیشتین بیان شده بود پایبند بودند، در حالی که بخشی دیگر به مدل موجی نور ارائه شده توسط ماکسول پایبند بودند. ایده مدرن فوتون سرانجام پس از آزمایشی با پراکندگی آن توسط یک الکترون ایجاد شد (از آنجایی که دومی در خارج از اتم قرار دارد، مفهوم پوسته های انرژی برای آن قابل اجرا نیست).

نور و گرما، طعم و بو، رنگ و اطلاعات - همه اینها به طور جدایی ناپذیر با فوتون ها مرتبط است. علاوه بر این، زندگی گیاهان، حیوانات و انسان ها بدون این ذره شگفت انگیز غیرممکن است.

اعتقاد بر این است که برای هر پروتون یا نوترون حدود 20 میلیارد فوتون در کیهان وجود دارد. این یک عدد فوق العاده بزرگ است.

اما در مورد این رایج ترین ذره در دنیای اطرافمان چه می دانیم؟

برخی از دانشمندان بر این باورند که سرعت فوتون برابر با سرعت نور در خلاء است. تقریباً 300000 کیلومتر بر ثانیه و این حداکثر سرعت ممکن در کیهان است.

دانشمندان دیگر بر این باورند که نمونه های زیادی در کیهان وجود دارد که در آنها سرعت ذرات بیشتر از سرعت نور است.

برخی از دانشمندان معتقدند که فوتون از نظر الکتریکی خنثی است.

برخی دیگر معتقدند که فوتون دارای بار الکتریکی است (طبق برخی منابع، کمتر از 10-22 eV/sec 2).

برخی از دانشمندان معتقدند که فوتون یک ذره بدون جرم است و به نظر آنها جرم فوتون در حالت سکون صفر است.

برخی دیگر معتقدند که فوتون جرم دارد. درست است، بسیار بسیار کوچک. تعدادی از محققین به این دیدگاه پایبند هستند و جرم فوتون را به روش های مختلف تعریف می کنند: کمتر از 6 x 10 -16 eV، 7 x 10 -17 eV، 1 x 10 -22 eV و حتی 3 x 10 -27 eV. که میلیاردها برابر جرم الکترون کمتر است.

برخی از دانشمندان معتقدند که مطابق با قوانین بازتاب و شکست نور، فوتون یک ذره است، یعنی. جسم (اقلیدس، لوکرتیوس، بطلمیوس، آی. نیوتن، پی. گاسندی)

برخی دیگر (آر. دکارت، آر. هوک، اچ. هویگنز، تی یونگ و او. فرنل)، با تکیه بر پدیده های پراش و تداخل نور، معتقدند که فوتون ماهیت موجی دارد.

هنگامی که فوتون توسط هسته‌ها و الکترون‌های اتمی گسیل یا جذب می‌شود، و همچنین در طول اثر فوتوالکتریک، فوتون مانند یک ذره رفتار می‌کند.

و هنگام عبور از یک منشور شیشه ای یا یک سوراخ کوچک در یک مانع، فوتون خواص موج درخشان خود را نشان می دهد.

راه حل مصالحه ای دانشمند فرانسوی لویی دو بروگلی که مبتنی بر دوگانگی موج-ذره است، که بیان می کند فوتون ها دارای هر دو ویژگی ذره و موج هستند، پاسخی به این سوال نیست. دوگانگی موج - ذره فقط موقتی است توافق، بر اساس ناتوانی مطلق دانشمندان در پاسخ به این سوال بسیار مهم است.

البته این توافق تا حدودی اوضاع را آرام کرد اما مشکلی را حل نکرد.

بر این اساس می توانیم فرمول بندی کنیم اولین سوالمرتبط با یک فوتون

سوال یک.

فوتون ها امواج هستند یا ذرات؟ یا شاید هر دو یا هیچ کدام؟

به علاوه. در فیزیک مدرن، فوتون یک ذره بنیادی است که نشان دهنده یک کوانتومی (بخشی) از تابش الکترومغناطیسی است.. سبکهمچنین تابش الکترومغناطیسی است و فوتون حامل نور در نظر گرفته می شود. این کاملاً در آگاهی ما تثبیت شده است و فوتون اول از همه با نور مرتبط است.

با این حال، علاوه بر نور، انواع دیگری از تابش الکترومغناطیسی وجود دارد: تابش گاما، اشعه ایکس، فرابنفش، مرئی، مادون قرمز، مایکروویو و تابش رادیویی. آنها از نظر طول موج، فرکانس، انرژی با یکدیگر تفاوت دارند و ویژگی های خاص خود را دارند.

انواع تشعشعات و مشخصات مختصر آنها

ناقل انواع تشعشعات الکترومغناطیسی فوتون است. به گفته دانشمندان، برای همه یکسان است. در عین حال، هر نوع تابش با طول موج، فرکانس ارتعاش و انرژی های فوتون متفاوت مشخص می شود. بنابراین، فوتون های مختلف؟ به نظر می رسد که تعداد انواع مختلف امواج الکترومغناطیسی باید با تعداد مساوی از انواع مختلف فوتون مطابقت داشته باشد. اما هنوز فقط یک فوتون در فیزیک مدرن وجود دارد.

به نظر می رسد یک پارادوکس علمی - تابش ها متفاوت هستند، خواص آنها نیز متفاوت است، اما فوتونی که این تابش ها را حمل می کند یکسان است.

به عنوان مثال، پرتوهای گاما و اشعه ایکس بر موانع غلبه می کنند، اما اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز و نور مرئی که طول موج بیشتری دارند اما انرژی کمتری دارند، این کار را نمی کنند. در عین حال، امواج مایکروویو و امواج رادیویی دارای طول موج بیشتر و حتی انرژی کمتری هستند، اما بر ضخامت آب و دیوارهای بتنی غلبه می کنند. چرا؟

توانایی های نفوذ فوتون ها تحت تابش های مختلف

در اینجا دو سوال مطرح می شود.

سوال دو.

آیا واقعاً همه فوتون ها در همه انواع تابش یکسان هستند؟

سوال سه.

چرا فوتون های برخی از انواع تابش بر موانع غلبه می کنند، اما از انواع دیگر تابش ها نه؟ موضوع چیست - تابش یا فوتون؟

عقیده ای وجود دارد که فوتون کوچکترین ذره بدون ساختار در جهان است. علم هنوز نتوانسته چیزی کوچکتر از فوتون را شناسایی کند. اما آیا این است؟ از این گذشته ، زمانی اتم غیرقابل تقسیم و کوچکترین اتم در دنیای اطراف ما در نظر گرفته می شد. بنابراین، سوال چهارم منطقی است:

سوال چهار.

آیا فوتون یک ذره ریز و بدون ساختار است یا از تشکیلات کوچکتری تشکیل شده است؟

علاوه بر این، اعتقاد بر این است که جرم استراحت یک فوتون صفر است، اما در حرکت، جرم و انرژی را نشان می دهد. اما پس از آن وجود دارد

سوال پنجم:

آیا فوتون یک ذره مادی است یا خیر؟ اگر یک فوتون ماده است، پس جرم آن در حالت سکون کجا ناپدید می شود؟ اگر مادی نیست پس چرا تعاملات کاملا مادی آن با دنیای اطراف ثبت می شود؟

بنابراین، پنج سوال گیج کننده مربوط به فوتون پیش روی ما است. و امروز آنها پاسخ روشن خود را ندارند. هر کدام از آنها مشکلات خاص خود را دارند. مشکلاتی که امروز سعی خواهیم کرد در نظر بگیریم.

در سفرهای «نفس کیهان»، «اعماق کیهان» و «قدرت کیهان» از منشور ساختار و عملکرد کیهان، همه این مسائل را کاملاً عمیق در نظر گرفتیم. ما کل مسیر تشکیل فوتون را از پیدایش ذرات بنیادی - لخته های گرداب اثیری تا کهکشان ها و خوشه های آنها ردیابی کرده ایم. به جرات می توانم امیدوار باشم که تصویری نسبتاً منطقی و منظم از جهان داشته باشیم. بنابراین، فرض در مورد ساختار فوتون یک گام منطقی در سیستم دانش در مورد جهان ما شد.

ساختار فوتون

فوتون نه به عنوان یک ذره یا به صورت موج، بلکه به صورت یک فنر مخروطی شکل در حال چرخش، با آغازی در حال انبساط و انتهایی باریک‌تر در برابر ما ظاهر شد..

طراحی فنر فوتون به ما این امکان را می دهد که تقریباً به تمام سؤالاتی که هنگام مطالعه پدیده های طبیعی و نتایج تجربی مطرح می شود پاسخ دهیم.

قبلاً اشاره کردیم که فوتون ها حامل انواع مختلف تابش الکترومغناطیسی هستند. در عین حال، علیرغم اینکه علم انواع مختلفی از تابش های الکترومغناطیسی را می شناسد: تابش گاما، اشعه ایکس، فرابنفش، مرئی، مادون قرمز، تابش مایکروویو و تابش رادیویی، فوتون های حاملی که در این فرآیندها دخیل هستند، خود را ندارند. انواع یعنی به گفته برخی از دانشمندان، هر نوع تابش توسط نوع خاصی از فوتون های جهانی منتقل می شود، که به همان اندازه با موفقیت خود را در فرآیندهای تابش گاما، و در فرآیندهای انتشار رادیویی و در هر نوع تابش دیگری نشان می دهد.

من نمی توانم با این موضع موافق باشم، زیرا پدیده های طبیعی نشان می دهد که تمام تابش های الکترومغناطیسی شناخته شده نه تنها در پارامترها (طول موج، فرکانس، قابلیت های انرژی)، بلکه در خواص آنها نیز به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت هستند. به عنوان مثال، تشعشعات گاما به راحتی به هر مانعی نفوذ می کند و تابش مرئی نیز به همین راحتی توسط این موانع متوقف می شود.

در نتیجه، در یک مورد، فوتون ها می توانند تابش را از طریق موانع منتقل کنند و در مورد دیگر، همان فوتون هادر حال حاضر برای غلبه بر هر چیزی ناتوان هستند. این واقعیت ما را به این فکر می‌اندازد که آیا فوتون‌ها واقعاً جهانی هستند یا انواع خاص خود را دارند که با خواص تابش‌های الکترومغناطیسی مختلف در کیهان سازگار است.

حدس می زنمدرست است، هر نوع تابش را تعیین کنید تنوع خاص خودشفوتون ها متأسفانه چنین درجه بندی هنوز در علم مدرن وجود ندارد. اما این نه تنها آسان است، بلکه بسیار ضروری است. و این کاملاً قابل درک است ، زیرا تابش و پارامترهای آن تغییر می کنند و فوتون ها در تفسیر مدرن فقط با یک مفهوم کلی - "فوتون" نشان داده می شوند. اگرچه باید پذیرفت که با تغییر در پارامترهای تابش در ادبیات مرجع، پارامترهای فوتون نیز تغییر می کند.

وضعیت مشابه به کار بردن مفهوم کلی «ماشین» برای همه برندهای آن است. اما این برندها متفاوت هستند. ما می توانیم لادا، مرسدس بنز، ولوو یا تویوتا بخریم. همه آنها با مفهوم "ماشین" مطابقت دارند، اما همه آنها از نظر ظاهر، مشخصات فنی و هزینه متفاوت هستند.

بنابراین، منطقی است که به عنوان حامل تابش گاما، فوتون های تابش گاما، تابش اشعه ایکس - فوتون های تابش اشعه ایکس، تابش فرابنفش - فوتون های تابش فرابنفش و غیره را پیشنهاد کنیم. همه این نوع فوتون ها از نظر طول چرخش (طول موج)، سرعت چرخش (فرکانس ارتعاش) و انرژی که حمل می کنند با یکدیگر متفاوت خواهند بود.

فوتون های اشعه گاما و اشعه ایکس یک فنر فشرده با حداقل ابعاد و انرژی متمرکز در این حجم کم هستند. بنابراین، آنها خواص ذرات را نشان می دهند و به راحتی بر موانع غلبه می کنند و بین مولکول ها و اتم های ماده حرکت می کنند.

فوتون های تابش فرابنفش، نور مرئی و فوتون های تابش مادون قرمز همان فنر هستند که فقط کشیده شده اند. انرژی در این فوتون‌ها یکسان باقی ماند، اما بر روی جسم کشیده‌تری از فوتون توزیع شد. افزایش طول فوتون به آن اجازه می دهد تا خواص یک موج را نشان دهد. با این حال، افزایش قطر فوتون اجازه نمی دهد که بین مولکول های ماده نفوذ کند.

فوتون‌های مایکروویو و رادیویی ساختار کشیده‌تری دارند. طول امواج رادیویی می تواند به چندین هزار کیلومتر برسد، اما آنها کمترین انرژی را دارند. آنها به راحتی به موانع نفوذ می کنند، گویی به درون ماده مانع می پیچند و مولکول ها و اتم های ماده را دور می زنند.

در جهان، انواع فوتون ها به تدریج از فوتون های تابش گاما تبدیل می شوند. فوتون های پرتو گاما اولیه هستند. هنگام حرکت در فضا، سرعت چرخش آنها کاهش می یابد و آنها به طور متوالی به فوتون های تابش اشعه ایکس و آنها به نوبه خود به فوتون های تابش فرابنفش تبدیل می شوند که به فوتون های نور مرئی و غیره تبدیل می شوند.

بنابراین فوتون های پرتو گاما به فوتون های اشعه ایکس تبدیل می شوند. این فوتون ها دارای طول موج بیشتر و سرعت اسپین کمتری خواهند بود. سپس فوتون های اشعه ایکس به فوتون های فرابنفش تبدیل می شوند که به نور مرئی و ... تبدیل می شوند.

بارزترین نمونه از این دگرگونی در دینامیک را می توان در طی یک انفجار هسته ای مشاهده کرد.

انفجار هسته ای و مناطق تأثیر مخرب آن

در طی یک انفجار هسته ای، در عرض چند ثانیه، جریانی از فوتون های تابش گاما در فاصله تقریباً 3 کیلومتری به محیط نفوذ می کند. بعد، تابش گاما متوقف می شود، اما تابش اشعه ایکس تشخیص داده می شود. من معتقدم که در این مورد، فوتون های تابش گاما به فوتون های تابش اشعه ایکس تبدیل می شوند و آنها به طور متوالی به فوتون های تابش فرابنفش، مرئی و مادون قرمز تبدیل می شوند. جریان فوتون ها بر این اساس باعث وقوع عوامل مخرب انفجار هسته ای می شود - تشعشعات نافذ، تشعشعات نور و آتش سوزی.

در "اعماق کیهان" ما به طور مفصل ساختار فوتون ها و فرآیندهای تشکیل و عملکرد آنها را بررسی کردیم. برای ما روشن شد که فوتون ها از بخش های انرژی حلقه ای شکل با قطرهای مختلف تشکیل شده اند که به یکدیگر متصل هستند.

ساختار فوتون

کسری از ذرات بنیادی تشکیل می شود - کوچکترین لخته های گردابی اتری، که اثیری متراکم هستندسایبان این چگالی‌های اتری کاملاً مادی هستند، همانطور که اتر و کل جهان اطراف ما مادی هستند. چگالی های اتری شاخص های جرم لخته های گرداب اتری را تعیین می کنند. جرم توده ها جرم کسرها را تشکیل می دهند و جرم فوتون را تشکیل می دهند. و فرقی نمی کند که در حرکت باشد یا در حال استراحت. بنابراین فوتون کاملاً است موادو به خوبی تعریف شده خود را دارد جرم هم در حالت استراحت و هم در حرکت.

ما قبلاً تأیید مستقیم ایده خود در مورد ساختار فوتون و ترکیب آن را در طول آزمایشات دریافت کرده ایم. امیدوارم در آینده نزدیک همه نتایج به دست آمده را منتشر کنیم. علاوه بر این، نتایج مشابهی در آزمایشگاه های خارجی به دست آمد. بنابراین، دلایلی وجود دارد که باور کنیم در مسیر درستی هستیم.

بنابراین، ما به تعدادی از سوالات در مورد فوتون پاسخ داده ایم.

فوتون، در درک ما، یک ذره یا یک موج نیست، بلکه یک فنر است که تحت شرایط مختلف می تواند به اندازه ذرات فشرده شود، یا همچنین می تواند کشیده شود و ویژگی های یک موج را از خود نشان دهد.

فوتون ها بسته به نوع تابش انواع خاص خود را دارند و می توانند فوتون های تابش گاما، فوتون های اشعه ایکس، فوتون های فرابنفش، مرئی، مادون قرمز و مایکروویو و همچنین فوتون های رادیویی باشند.

فوتون ماده است و جرم دارد. این کوچکترین ذره در کیهان نیست، بلکه از لخته های گرداب اتری و بخش های انرژی تشکیل شده است.

من درک می کنم که این یک تفسیر غیرمنتظره و غیرمعمول از فوتون است. با این حال، من از قواعد و فرضیه های پذیرفته شده ای که سال ها پیش بدون ارتباط با فرآیندهای توسعه عمومی جهان اتخاذ شده اند، عمل نمی کنم. و از منطق که برآمده از قوانین ساختار جهان است که کلید درهای منتهی به حقیقت است.

در همان زمان، در سال 2013، جوایز نوبل فیزیک به پیتر هیگز و فرانسوا انگلر اهدا شد، که در سال 1964 به طور مستقل وجود ذره دیگری در طبیعت - یک بوزون خنثی را پیشنهاد کردند، که با دست نور برنده نوبل L. لدرمن، "ذره ای از خدا" نامیده می شد، یعنی آن اصل بنیادی، اولین آجری که کل دنیای اطراف ما از آن ساخته شد. در سال 2012، در حین انجام آزمایش‌هایی بر روی پرتوهای پروتونی که با سرعت‌های بالا برخورد می‌کردند، دو انجمن علمی مستقل دوباره تقریباً به طور همزمان کشف ذره‌ای را اعلام کردند که پارامترهای آن با یکدیگر منطبق بود و با مقادیر پیش‌بینی‌شده توسط پی هیگز و اف مطابقت داشت. انگلر.

چنین ذره‌ای یک بوزون خنثی بود که در طول آزمایش‌ها ثبت شد، که طول عمر آن بیش از 10-22/10 × 56 ثانیه نبود و جرم آن بیش از 100 برابر جرم یک پروتون بود. این ذره با توانایی انتقال جرم به هر ماده ای که در این جهان وجود دارد - از یک اتم گرفته تا یک خوشه از کهکشان ها شناخته شد. علاوه بر این، فرض بر این بود که این ذره شاهد مستقیم وجود میدان فرضی خاصی است که از طریق آن همه ذرات وزن پیدا می کنند. این یک کشف جادویی است.

با این حال، سرخوشی عمومی ناشی از این کشف دیری نپایید. چرا که سوالاتی مطرح شد که نمی توانست به وجود بیاید. در واقع، اگر بوزون هیگز واقعا «ذره ای از خدا» است، پس چرا «زندگی» آن اینقدر زودگذر است؟ درک خداوند همواره با ابدیت همراه بوده است. اما اگر خدا ابدی است، پس هر ذره ای از او نیز باید ابدی باشد. منطقی و قابل درک خواهد بود. اما «زندگی» بوزونی که کسری از ثانیه با بیست و دو صفر بعد از نقطه اعشار طول می‌کشد، واقعاً با ابدیت مطابقت ندارد. حتی یک لحظه اسمش سخت است.

علاوه بر این، اگر بخواهیم در مورد "ذره ای از خدا" صحبت کنیم، باید به وضوح درک کنیم که آن باید در هر چیزی که ما را احاطه کرده است قرار داشته باشد و نمایانگر موجودی مستقل، طولانی مدت و با حداقل ممکن باشد که همه چیز را تشکیل می دهد. ذرات شناخته شده جهان ما

از این ذرات الهی، دنیای ما باید به تدریج، قدم به قدم ساخته شود. ذرات باید از آنها تشکیل شده باشند، اتم ها باید از ذرات تشکیل شده باشند، و غیره برای ستاره ها، کهکشان ها و جهان. همه میدان های شناخته شده و ناشناخته نیز باید با این ذره جادویی مرتبط باشند و نه تنها جرم، بلکه هر فعل و انفعال دیگری را نیز منتقل کنند. به نظر من این منطقی است و منافاتی با عقل سلیم ندارد. زیرا از آنجایی که ما این ذره را با اصل الهی مرتبط می کنیم، باید پاسخ مناسبی به انتظارات خود داشته باشیم.

با این حال، قبلاً دیده ایم که جرم بوزون هیگز به طور قابل توجهی حتی از جرم پروتون هم بیشتر است. اما چگونه می توان از چیزی بزرگ چیزی کوچک ساخت؟ چگونه فیل را در سوراخ موش قرار دهیم؟! به هیچ وجه.

تمام این موضوع، صادقانه بگویم، خیلی شفاف و موجه نیست. اگرچه، شاید به دلیل عدم صلاحیتم چیزی را کاملاً متوجه نشده باشم، با این وجود، بوزون هیگز، به اعتقاد عمیق من، واقعاً در زیر "ذره خدا" قرار نمی گیرد.

چیز دیگر فوتون است. این ذره شگفت انگیز زندگی انسان را در این سیاره کاملا متحول کرده است.

به لطف فوتون های تابش های مختلف، ما جهان اطراف خود را می بینیم، از نور خورشید و گرما لذت می بریم، به موسیقی گوش می دهیم و اخبار تلویزیون را تماشا می کنیم، تشخیص می دهیم و درمان می کنیم، فلزات را بررسی و نقص می کنیم، به فضا نگاه می کنیم و به اعماق ماده نفوذ می کنیم، ارتباط برقرار می کنیم. همدیگر از راه دور از طریق تلفن... زندگی بدون فوتون غیرقابل تصور خواهد بود. آنها فقط بخشی از زندگی ما نیستند. آنها زندگی ما هستند.

فوتون ها در واقع ابزار اصلی ارتباط انسان با جهان اطراف او هستند.فقط آنها به ما اجازه می دهند در دنیای اطراف خود غوطه ور شویم و با کمک بینایی، بویایی، لامسه و چشایی آن را درک کنیم و زیبایی و تنوع آن را تحسین کنیم. همه اینها به لطف آنها - فوتون ها است.

و بیشتر. این احتمالاً اصلی ترین چیز است. فقط فوتون ها نور را حمل می کنند! و طبق تمام شرایع دینی، خداوند این نور را پدید آورد. علاوه بر این، خدا نور است!

خوب، چگونه می توان از وسوسه گذشت و فوتون را نام برد؟ یک "ذره خدا" واقعی!فوتون و فقط فوتون می تواند این بالاترین عنوان را داشته باشد! فوتون نور است! فوتون گرما است! فوتون همه شورش رنگ های دنیاست! فوتون بوهای معطر و طعم های لطیف است! زندگی بدون فوتون وجود ندارد! و اگر این اتفاق بیفتد، پس چه کسی به چنین زندگی نیاز دارد؟ بدون نور و گرما، بدون طعم و بو. هیچکس.

بنابراین، اگر ما در مورد ذره خدا، پس فقط باید در مورد آن صحبت کنیم فوتون- در مورد این هدیه شگفت انگیز که توسط قدرت های برتر به ما داده شده است. اما حتی در آن زمان، فقط به صورت تمثیلی. زیرا خداوند نمی تواند ذرات داشته باشد. خداوند یکتا و یکتا است و به هیچ ذره ای تقسیم نمی شود.

فوتون یک ذره بدون جرم است و فقط می تواند در خلاء وجود داشته باشد. همچنین هیچ خاصیت الکتریکی ندارد، یعنی شارژ آن صفر است. بسته به زمینه در نظر گرفتن، تفسیرهای مختلفی از توصیف یک فوتون وجود دارد. کلاسیک (الکترودینامیک) آن را به عنوان یک موج الکترومغناطیسی با قطبش دایره ای نشان می دهد. فوتون همچنین خواص یک ذره را نشان می دهد. این ایده دوگانه آن را دوگانگی موج - ذره می نامند. از سوی دیگر، الکترودینامیک کوانتومی ذره فوتون را به عنوان یک بوزون سنج توصیف می کند که امکان تشکیل برهمکنش الکترومغناطیسی را فراهم می کند.

در میان تمام ذرات کیهان، فوتون بیشترین تعداد را دارد. اسپین (گمان مکانیکی ذاتی) فوتون برابر با وحدت است. همچنین، یک فوتون فقط می تواند در دو حالت کوانتومی باشد که یکی از آنها دارای یک چرخش در جهت معینی برابر با 1- و دیگری برابر با 1+ است. این خاصیت کوانتومی فوتون در نمایش کلاسیک آن به عنوان عرضی موج الکترومغناطیسی منعکس می شود. جرم سکون یک فوتون صفر است، یعنی سرعت انتشار آن برابر با سرعت نور است.

یک ذره فوتون خاصیت الکتریکی (بار) ندارد و کاملاً پایدار است، یعنی فوتون قادر به واپاشی خود به خود در خلاء نیست. این ذره در بسیاری از فرآیندهای فیزیکی، به عنوان مثال، در هنگام حرکت بار الکتریکی با شتاب، و همچنین پرش انرژی هسته یک اتم یا خود اتم از یک حالت به حالت دیگر منتشر می شود. همچنین، یک فوتون می تواند در طی فرآیندهای معکوس جذب شود.

دوگانگی موج - ذره فوتون

دوگانگی موج - ذره ذاتی فوتون در آزمایش‌های فیزیکی متعدد آشکار می‌شود. ذرات فوتونیک در فرآیندهای موجی مانند پراش و تداخل شرکت می کنند، زمانی که اندازه موانع (شکاف ها، دیافراگم ها) با اندازه خود ذره قابل مقایسه باشد. این امر به ویژه در آزمایشات مربوط به پراش فوتون های منفرد در یک شکاف قابل توجه است. همچنین ماهیت نقطه ای و جسمی بودن فوتون در فرآیندهای جذب و گسیل توسط اجسامی که ابعاد آنها بسیار کوچکتر از طول موج فوتون است آشکار می شود. اما از سوی دیگر، نمایش فوتون به عنوان یک ذره نیز کامل نیست، زیرا توسط آزمایش‌های همبستگی بر اساس حالت‌های درهم تنیده ذرات بنیادی رد می‌شود. بنابراین، مرسوم است که یک ذره فوتون، از جمله به عنوان موج در نظر گرفته شود.

ویدیو در مورد موضوع

منابع:

• فوتون 1099: همه چیز در مورد ماشین

اصلیکوانتومی عدد- این یک کل است عدد، که تعریفی از حالت الکترون در سطح انرژی است. سطح انرژی مجموعه ای از حالات ساکن یک الکترون در یک اتم با مقادیر انرژی مشابه است. اصلیکوانتومی عددفاصله یک الکترون از هسته را تعیین می کند و انرژی الکترون هایی را که این سطح را اشغال می کنند مشخص می کند.

مجموعه اعدادی که حالت را مشخص می کنند، اعداد کوانتومی نامیده می شوند. تابع موج یک الکترون در یک اتم، حالت منحصر به فرد آن توسط چهار عدد کوانتومی - اصلی، مغناطیسی، مداری و اسپلین - لحظه حرکت یک عنصر ابتدایی، که در یک مقدار کمی بیان می شود، تعیین می شود. اصلیکوانتومی عدددارای n است.اگر کوانتوم اصلی عددافزایش می یابد، سپس مدار و انرژی الکترون متناسب با آن افزایش می یابد. هر چه مقدار n کوچکتر باشد، مقدار برهمکنش انرژی الکترون بیشتر است. اگر انرژی کل الکترون ها حداقل باشد، حالت اتم را تحریک نشده یا زمین نامیده می شود. حالت یک اتم با ارزش انرژی بالا را برانگیخته می گویند. در بالاترین سطح عددالکترون ها را می توان با فرمول N = 2n2 تعیین کرد.وقتی یک الکترون از یک سطح انرژی به سطح دیگر منتقل می شود، کوانتوم اصلی عدددر تئوری کوانتومی، بیانیه این است که انرژی یک الکترون کوانتیزه می‌شود، یعنی می‌تواند فقط مقادیر گسسته و خاص بگیرد. برای دانستن وضعیت یک الکترون در یک اتم، باید انرژی الکترون، شکل الکترون و سایر پارامترها را در نظر گرفت. از ناحیه اعداد طبیعی که n می تواند برابر با 1 و 2 و 3 و غیره باشد، کوانتوم اصلی عددمی تواند هر ارزشی را بگیرد در تئوری کوانتومی سطوح انرژی با حروف و مقدار n با اعداد نشان داده می شود. تعداد دوره ای که عنصر در آن قرار دارد برابر است با تعداد سطوح انرژی در اتم در حالت پایه. تمام سطوح انرژی از سطوح فرعی تشکیل شده است. سطح فرعی شامل اوربیتال های اتمی است که توسط کوانتوم اصلی تعیین و مشخص می شوند عدد m n، مداری عدد m l و کوانتومی عددمیلی لیتر تعداد سطوح فرعی هر سطح از مقدار n تجاوز نمی کند. معادله موج شرودینگر برای ساختار الکترونیکی اتم راحت ترین است.

فیزیک کوانتومی انگیزه بزرگی برای توسعه علم در قرن بیستم شد. تلاش برای توصیف برهمکنش کوچکترین ذرات به روشی کاملاً متفاوت، با استفاده از مکانیک کوانتومی، زمانی که برخی از مسائل مکانیک کلاسیک قبلاً غیر قابل حل به نظر می رسید، یک انقلاب واقعی ایجاد کرد.

دلایل پیدایش فیزیک کوانتومی

فیزیک - قوانینی را توصیف می کند که جهان بر اساس آنها عمل می کند. نیوتنی، یا کلاسیک، در قرون وسطی پدید آمد، و مقدمات آن را می‌توان در دوران باستان دید. این کاملاً همه چیزهایی را که در مقیاسی که توسط انسان ها درک می شود و بدون ابزار اندازه گیری اضافی اتفاق می افتد توضیح می دهد. اما مردم هنگامی که شروع به مطالعه دنیای خرد و ماکرو کردند، برای کشف کوچکترین ذرات تشکیل دهنده ماده و کهکشان های غول پیکر اطراف کهکشان راه شیری بومی ما، با تضادهای بسیاری مواجه شدند. معلوم شد که فیزیک کلاسیک برای همه چیز مناسب نیست. اینگونه بود که فیزیک کوانتومی پدیدار شد - علم مکانیک کوانتومی و سیستم های میدان کوانتومی. تکنیک های مطالعه فیزیک کوانتومی مکانیک کوانتومی و نظریه میدان کوانتومی است. آنها همچنین در سایر زمینه های مرتبط فیزیک استفاده می شوند.

اصول اولیه فیزیک کوانتوم، در مقایسه با کلاسیک

برای کسانی که تازه با فیزیک کوانتومی آشنا می شوند، مفاد آن اغلب غیرمنطقی یا حتی پوچ به نظر می رسد. با این حال، عمیق‌تر شدن در آنها، ردیابی منطق بسیار آسان‌تر است. ساده ترین راه برای یادگیری اصول اولیه فیزیک کوانتومی مقایسه آن با فیزیک کلاسیک است.

اگر در فیزیک کلاسیک اعتقاد بر این است که طبیعت تغییر ناپذیر است، صرف نظر از اینکه دانشمندان چگونه آن را توصیف می کنند، در فیزیک کوانتومی نتیجه مشاهدات بسیار بستگی به روش اندازه گیری مورد استفاده دارد.

طبق قوانین مکانیک نیوتن که اساس فیزیک کلاسیک است، یک ذره (یا نقطه مادی) در هر لحظه از زمان موقعیت و سرعت خاصی دارد. در مکانیک کوانتومی اینطور نیست. این بر اساس اصل برهم نهی فواصل است. یعنی اگر یک ذره کوانتومی بتواند در یک حالت و حالت دیگری باشد، می تواند در حالت سوم نیز باشد - مجموع دو حالت قبلی (به این ترکیب خطی می گویند). بنابراین، نمی توان دقیقاً تعیین کرد که ذره در یک مقطع زمانی خاص در کجا قرار خواهد گرفت. شما فقط می توانید احتمال حضور او در جایی را محاسبه کنید.

اگر در فیزیک کلاسیک امکان ساخت مسیر یک جسم فیزیکی وجود دارد، در فیزیک کوانتومی فقط امکان ساخت یک توزیع احتمال وجود دارد که در طول زمان تغییر کند. علاوه بر این، حداکثر توزیع همیشه در جایی است که توسط مکانیک کلاسیک تعیین می شود! این بسیار مهم است، زیرا اولاً به ردیابی ارتباط بین مکانیک کلاسیک و کوانتومی اجازه می دهد و ثانیاً نشان می دهد که آنها با یکدیگر تضاد ندارند. می توان گفت که فیزیک کلاسیک مورد خاصی از فیزیک کوانتومی است.

احتمال در فیزیک کلاسیک زمانی ظاهر می شود که محقق برخی از ویژگی های یک جسم را نداند. در فیزیک کوانتوم، احتمال اساسی است و همیشه وجود دارد، صرف نظر از میزان ناآگاهی.

در مکانیک کلاسیک، هر مقدار انرژی و سرعت برای یک ذره مجاز است، اما در مکانیک کوانتومی فقط مقادیر خاصی، "کوانتیزه" مجاز است. به این مقادیر ویژه می گویند که هر کدام حالت خاص خود را دارند. کوانتوم "بخشی" از مقداری است که نمی توان آن را به اجزاء تقسیم کرد.

یکی از اصول اساسی فیزیک کوانتومی، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ است. نکته اینجاست که هیچ راهی برای تعیین همزمان سرعت و موقعیت یک ذره وجود ندارد. شما فقط می توانید یک چیز را اندازه گیری کنید. علاوه بر این، هرچه دستگاه سرعت یک ذره را بهتر اندازه گیری کند، موقعیت آن کمتر شناخته می شود و بالعکس.

واقعیت این است که برای اندازه گیری یک ذره، باید به آن "نگاه کنید"، یعنی یک ذره نور - یک فوتون - را در جهت آن بفرستید. این فوتون که محقق همه چیز را در مورد آن می داند، با ذره مورد اندازه گیری برخورد می کند و خواص آن را تغییر می دهد. این تقریباً مانند اندازه گیری سرعت یک ماشین در حال حرکت است که ماشین دیگری را با سرعت مشخص به سمت آن می فرستیم و سپس با استفاده از سرعت و مسیر تغییر یافته ماشین دوم، ماشین اول را بررسی می کنیم. فیزیک کوانتومی اجسام آنقدر کوچک را مطالعه می کند که حتی فوتون ها - ذرات نور - خواص خود را تغییر می دهند.