Квантна механика: Разлика помеѓу преработките
| [проверена преработка] | [проверена преработка] |
Избришана содржина Додадена содржина
дополнување |
дополнување |
||
Ред 45:
* [[Принцип на неодреденост]]
* [[Квантна разделеност]].
== Првата квантна теорија: Макс Планк и зрачењето од црно тело ==
[[File:Hot metalwork.jpg|thumb|left|300п|Усвитени метални предмети од леарница. Жолто-портокаловиот сјај е видливиот дел од топлинското зрачење емитувано како резултат на високата температура. Исто така, сè останато на сликата сјае со топлинско зрачење, но со помала светлина и на подолги бранови должини кои човечкото око не може да ги забележи. Далекусежна инфрацрвена камера може да го забележи ова зрачење.]]
[[Топлинско зрачење|Топлинското зрачење]] е електромагнетно зрачење емитирано од површината на даден објект што настанува како резултат на [[температура]]та која ја поседува објектот. Ако објектот доволно се загрее, тој започнува да емитува светлина во црвениот дел на спектарот. Натамошното загревање предизвикува промена на бојата - од црвена во жолта, сина, бела - сето тоа поради емитување на светлина со сè помала [[бранова должина]] (а поголема фреквенција). Се покажува дека совршениот емитер е и совршен апсорбер. Кога е ладно, таквиот објект изгледа совршено црн, бидејќи ја апсорбира сета светлина која паѓа на него, а не ја емитува истата. Како последица од ова, идеалниот топлински емитер е познат како [[црно тело]], а зрачењето кое го емитува е наречено зрачење од црно тело.
Во доцниот 19-ти век, топлинското зрачење било релативно добро експериментално проучено. Како брановата должина на која зрачењето е најсилно се менува со температурата е дадено со [[Закон за Виново поместување|Законот за Виново поместување]], а целокупната моќ емитувана на единица површина е дадена со [[Штефан-Болцманов закон|Штефан-Болцмановиот закон]]. Меѓутоа, класичната физика не била во можност да ја објасни врската меѓу температурата и најзастапените фреквенции на зрачењето. Всушност, класичната физика предвидувала дека на кратки бранови должини, енергијата бесконечно ќе се емитува од жешко тело. Овој резултат, кој е јасно дека е погрешен, е познат како [[ултравиолетова катастрофа]]. Физичарите биле во потрага по една теорија која би објаснувала зошто тие добивале вакви експериментални резултати.
Првиот [[Модел (наука)|модел]] кој можел да го објасни целосниот спектар на топлинско зрачење бил поставен од страна на Макс Планк во 1900. Тој го моделирал топлинското зрачење како да се наоѓа во рамнотежа, користејќи низа на [[хармониски осцилатор]]и. За да повторно ги изведе експерименталните резултати, тој морал да претпостави дека секој осцилатор давал цел број на единици од енергија во неговата единечна карактеристична фреквенција, а не произволно количество енергија. Со други зборови, енергијата на секој осцилатор била „квантирана“. Квантумот енергија за секој осцилатор, според Планк, бил пропорционален со фреквенцијата на осцилаторот; [[физичка константа|константата]] на пропорционалност денес е позната како [[Планкова константа]]. Таа обично се означува со {{math|''h''}} и има вредност {{val|6.63|e=-34|u=J s}}, па така енергијата {{math|''E''}} на осцилатор со фреквенција {{math|''f''}} е дадена со
:<math>E = nhf,\quad \text{kade}\quad n = 1,2,3,\ldots</math><ref>{{cite book
| title = Mechanics, Wave Motion, and Heat
| author = Francis Weston Sears
| publisher = Addison-Wesley
| year = 1958
| page = 537
| url = http://books.google.com/books?hl=en&q=%22Mechanics%2C+Wave+Motion%2C+and+Heat%22+%22where+n+%3D+1%2C%22&btnG=Search+Books}}</ref>
Планковиот закон бил првата квантна теорија во физиката, за што Планк ја добил [[Нобелова награда|Нобеловата награда]] во [[1918]] година „како признание за заслугите за напредокот на физиката со откривање на енергетските кванти“. Како и да е, во тоа време Планк сметал дека квантирањето било само математички трик, а не (како што денес е познато) фундаментална промена во нашето поимање за светот.
== Фотони: квантирање на светлината ==
Во 1905, Алберт Ајнштајн се придвижил еден чекор понапред. Тој сугерирал дека квантирањето не било само математички трик: енергијата во еден сноп светлина постои во индивидуални пакети, кои сега се наречени фотони. Енергијата на еден фотон е дадена со неговата фреквенција помножена со Планковата константа:
:<math>E = hf.</math>
Со векови научниците воделе расправа за две можни теории за светлината: дали таа е бран или дали таа се состои од поток на ситни честици? Во 19-тиот век, оваа дилема се сметала за решена во полза на брановата теорија, бидејќи можеле да се објаснат набљудуваните ефекти како [[рефракција]], [[дифракција]] и [[поларизација]]. [[Џејмс Клерк Максвел]] покажал дека електричеството, магнетизмот и светлината се манифестации на ист феномен: [[електромагнетно поле]]. Максвеловите равенки, кои ја сочинуваат севкупната низа на закони на класичниот електромагнетизам, ја опишуваат светлината како бранови: комбинација на осцилирачки електрични и [[магнетно поле|магнетни]] полиња. Поради предноста која ја имале доказите во полза на брановата теорија, идеите на Ајнштајн најпрво биле прифатени со голем скептицизам. Но, подоцна фотонскиот модел предничел; еден од најзначајните докази во негова полза била можноста тој да објасни неколку загадочни својства на фотоелектричниот ефект, кој е опишан во следниот пасус. Како и да е, брановата аналогија останала незаменлива при сфаќањето на другите карактеристики на светлината, како дифракцијата.
=== Фотоелектричен ефект ===
[[File:Photoelectric effect.svg|thumb|right|300п|Светлина (црвени стрелки, лево) паѓа на метал. Ако светлината има доволна фреквенција (т.е. доволно енергија), електроните се исфрлуваат (сини стрелки, десно).]]
{{Details|Фотоелектричен ефект}}
Во [[1887]], [[Хајнрих Херц]] забележал дека светлината може да исфрли електрони од [[метал]]. Во [[1902]], [[Филип Ленард]] открил дека максималната можна енергија на исфрлен електрон е поврзана со фреквенцијата на светлината, а не со нејзиниот [[интензитет (физика)|интензитет]]; ако фреквенцијата е многу мала, не се исфрлаат електрони, без разлика на интензитетот. Најмалата фреквенција на светлината која предизвикува исфрлање на електроните (поттикнувачка фреквенција) е различна за секој метал. Ова гледиште се коси со класичниот електромагнетизам, кој предвидува дека енергијата на електронот би требало да е пропорционална со интензитетот на зрачењето.
Ајнштајн го објаснил овој ефект постулирајќи дека сноп светлина е поток на честици (фотони), и дека ако снопот е со фреквенција {{math|''f''}}, тогаш секој фотон има енергија еднаква на {{math|''hf''}}. Еден електрон е најверојатно да биде удрен само од еден фотон кој доделува енергија {{math|''hf''}} на електронот. Затоа, интензитетот на снопот нема ефект; само неговата фреквенција ја одредува максималната енергија која може да му се додели на електронот.
За да го објасни поттикнувачкиот ефект на светлината врз исфрлањето електрони, Ајнштајн велел дека е потребна одредена количина на енергија (наречена ''[[работна функција]]'' или {{math|φ}}) за да се отстрани електрон од металот. Ова количество енергија е различно за секој метал. Ако енергијата на фотонот е помала од работната функција, тогаш тој не носи доволно енергија за да го отстрани (исфрли) електронот од металот. Поттикнувачката фреквенција ({{math|''f''<sub>0</sub>}}) е фреквенцијата на фотон чија енергија е еднаква на работната функција:
:<math>\varphi = h f_0.</math>
Ако {{math|''f''}} е поголемо од {{math|''f''<sub>0</sub>}}, енергијата {{math|''hf''}} е доволна за да отстрани електрон. Исфрлениот електрон има [[кинетичка енергија]] {{math|''E''<sub>K</sub>}} која е (барем во повеќето случаи) еднаква на енергијата на фотонот минус енергијата потребна да се откине електронот од металот:
:<math>E_K = hf - \varphi = h(f - f_0).</math>
Описот на Ајнштајн на светлината како поток од честици ја продлабочил планковата мисла за квантирана енергија: еден фотон со дадена фреквенција {{math|''f''}} дава непроменлива количина енергија {{math|''hf''}}. Со други зборови, поединечните фотони можат да донесат повеќе или помалку енергија, но само во зависност од нивните фреквенции. Но, иако фотонот е честица, тој сè уште се опишувал како да има брановидно својство на фреквенцијата. Уште еднаш, корпускуларната природа на светлината била оспорена.
== Наводи ==
{{наводи}}
[[Категорија:Квантна механика]]
| |||