Bakit ang mga batas ng photoelectric effect ay sumasalungat sa klasikal na pisika? Bakit magkaiba ang mga batas ng quantum at classical physics? Mga pangunahing batas ng klasikal na pisika
Nangangahulugan ito na hindi sila umaasa sa anumang paraan sa bagay na pumupuno sa espasyo at sa paggalaw nito, habang ang mga resulta ng pagsukat ng spatial at mga agwat ng oras ay hindi nakasalalay sa napiling mga sistema ng sanggunian, sa partikular, sa bilis ng paggalaw ng sinusukat na bagay na may kaugnayan sa tagamasid;
Ang mga pangunahing teorya ng klasikal na pisika ay
- Thermodynamics at statistical physics
Ang paglitaw ng "bagong pisika"
Kabuuan teorya
Salamat sa mga konsepto ng quantum, posible na makahanap ng sapat na mga paglalarawan ng mga phenomena na nagaganap sa nuclei ng mga atomo at sa loob ng mga bituin, radioactivity, elementary particle physics, solid state physics, low temperature physics (superconductivity at superfluidity). Ang mga ideyang ito ay nagsilbing teoretikal na batayan para sa paglikha ng maraming praktikal na aplikasyon ng pisika: enerhiyang nuklear, teknolohiya ng semiconductor, laser, atbp.
Teorya ng relativity
Noong 1905, iminungkahi ni Albert Einstein ang Espesyal na Teorya ng Relativity, na tinatanggihan ang konsepto ng absoluteness ng espasyo at oras, at idineklara ang kanilang relativity: ang magnitude ng spatial at time interval na nauugnay sa isang tiyak na pisikal na bagay ay nakasalalay sa bilis ng paggalaw ng bagay na may kaugnayan sa napiling sistema ng sanggunian (coordinate system). Sa iba't ibang mga sistema ng coordinate, ang mga dami na ito ay maaaring tumagal ng iba't ibang mga halaga. Sa partikular, ang pagkakasabay ng mga independiyenteng pisikal na kaganapan ay kamag-anak din: ang mga kaganapan na nangyari nang sabay-sabay sa isang coordinate system ay maaaring mangyari sa iba't ibang oras sa isa pa. Ginawang posible ng teoryang ito na makabuo ng isang lohikal na pare-parehong kinematic na larawan ng mundo nang hindi gumagamit ng mga konsepto ng hindi napapansing ganap na espasyo, ganap na oras at eter. isa pang planeta, na mas malapit sa Araw kaysa sa Mercury, at hindi kailanman natuklasan. Ngayon ay mayroon nang isang malaking halaga ng pang-eksperimentong ebidensya ng bisa ng teorya ng relativity. Sa partikular, ang paliwanag para sa kung ano ang natuklasan noong ika-19 na siglo. pag-asa ng masa ng isang electron sa bilis nito: ayon sa teorya ng relativity, ang naobserbahang masa ng anumang pisikal na katawan ay mas malaki, mas malaki ang bilis ng paggalaw nito na may kaugnayan sa nagmamasid, at ang mga electron na naobserbahan sa mga eksperimento ay karaniwang may sapat na mataas. bilis para mapansin ang pagpapakita ng relativistic effects.
Classical physics ngayon
Sa kabila ng katotohanan na maraming mga kababalaghan ang hindi sapat na inilarawan sa loob ng balangkas ng klasikal na pisika, ito ay isang mahalagang bahagi pa rin ng "gintong pondo" ng kaalaman ng tao, at ito ay higit na hinihiling sa karamihan ng mga aplikasyon ng pisika at mga disiplina sa engineering. Ito ay isang ipinag-uutos na bahagi ng mga pangkalahatang kurso sa pisika na itinuro sa lahat ng mga institusyong pang-edukasyon sa natural na agham at engineering sa mundo.
Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga pakinabang ng "bagong pisika" ay nararamdaman lamang sa mga espesyal na kaso.
- Ang mga epekto ng quantum ay nagpapakita ng kanilang sarili nang malaki sa microcosm - sa mga distansya na maihahambing sa laki ng isang atom; sa mas malalaking distansya, ang mga quantum equation ay nabawasan sa mga klasikal.
- Ang kawalan ng katiyakan ng Heisenberg, na makabuluhan sa antas ng microworld, sa antas ng macroworld ay napakaliit kumpara sa mga pagkakamali sa mga praktikal na sukat ng mga pisikal na dami at ang mga resulta ng mga kalkulasyon batay sa mga sukat na ito.
- Mas tumpak na inilalarawan ng relativistic physics ang mga bagay na may napakalaking masa (maihahambing sa masa ng mga kalawakan), at ang paggalaw ng mga katawan sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag. Sa mababang bilis at mababang masa ng inilarawan na mga bagay, ang mga equation ng teorya ng relativity ay nabawasan sa mga equation ng klasikal na mekanika.
Kasabay nito, ang mathematical apparatus ng klasikal na pisika ay mas simple at mas nauunawaan mula sa pananaw ng pang-araw-araw na karanasan, at sa karamihan ng mga kaso ang katumpakan ng mga resulta na nakuha ng mga pamamaraan ng klasikal na pisika ay ganap na nakakatugon sa mga pangangailangan ng pagsasanay.
Kaya, ang "bagong pisika" ay hindi lamang humantong sa isang kumpletong pagtanggi sa mga pamamaraan at mga tagumpay ng klasikal na pisika, ngunit iniligtas ito mula sa "pangkalahatang pagkatalo" na isinulat ni A. Poincaré noong 1905, sa halaga ng pag-abandona sa gayong klasiko mga prinsipyo bilang determinismo, pagpapatuloy ng mga pagbabago sa pisikal na dami, at ang pagiging ganap ng espasyo at oras.
Ito ay kilala na sa pagtatapos ng ika-19 na siglo ay inihayag na ang mga batas ng klasikal na pisika ay matagumpay na gumagana lamang sa macroworld, habang ang iba ay nagtatrabaho sa microworld - mga batas ng quantum. Ang pananaw na ito ay nangingibabaw sa buong ikadalawampu siglo. At ngayon, kapag, sa batayan ng mga batas ng klasikal na pisika, nakilala natin ang mga modelo ng photon, electron, proton, neutron at ang mga prinsipyo ng pagbuo ng nuclei, atoms at molecules, ang tanong ay lumitaw: ang mga physicist ba ng nakaraan nagkakamali ang mga henerasyon sa pamamagitan ng paglilibing sa kakayahan ng klasikal na pisika na lutasin ang mga problema ng microworld? Upang masagot ang tanong na ito, suriin nating mabuti ang mga pinagmulan ng kawalan ng tiwala sa klasikal na pisika kapag naghahanap ng katanggap-tanggap na interpretasyon ng pang-eksperimentong impormasyon tungkol sa radiation ng itim na katawan (Larawan 103).
Nagsimula ang lahat sa pagtatatag ng batas ng radiation ng itim na katawan (Fig. 103). Ang derivation ng matematikal na modelo ng batas na ito, na isinagawa ni Max Planck sa simula ng ikadalawampu siglo, ay batay sa mga konsepto at ideya na pinaniniwalaang sumasalungat sa mga batas ng klasikal na pisika.
kanin. 103. Graphic na modelo ng isang ganap na itim na katawan
Ipinakilala ni Planck sa modelo ng matematika ng batas ng radiation ng itim na katawan ang isang pare-pareho na may sukat ng mekanikal na pagkilos, na malinaw na sumasalungat sa mga ideya tungkol sa likas na alon ng electromagnetic radiation. Gayunpaman, ang kanyang modelo ng matematika ay tumpak na inilarawan ang mga eksperimentong pagdepende ng radiation na ito. Ang patuloy na ipinakilala niya ay nagpapahiwatig na ang radiation ay hindi tuloy-tuloy, ngunit sa mga bahagi. Sinasalungat nito ang batas ng radiation ng Rayleigh-Jeans, na nakabatay sa mga ideya tungkol sa likas na alon ng electromagnetic radiation, ngunit inilarawan lamang ang mga eksperimentong dependence sa mababang frequency range.
Dahil ang modelo ng matematika ng batas ng radiation ng itim na katawan ay naglalaman ng isang modelo ng matematika ng batas ng radiation ng Rayleigh-Jeans, lumalabas na ang batas ng radiation ng itim na katawan ni Planck ay batay sa magkaparehong eksklusibong alon at mga corpuscular na ideya tungkol sa likas na katangian ng radiation.
Ang hindi pagkakatugma ng tuluy-tuloy na proseso ng alon ng radiation sa bahagyang proseso ay isang nakakahimok na dahilan para makilala ang krisis ng klasikal na pisika. Mula sa sandaling iyon, nagsimulang maniwala ang mga pisiko na ang saklaw ng mga batas ng klasikal na pisika ay limitado sa macrocosm. Sa microworld, naniniwala sila, iba pa, gumagana ang mga batas ng quantum, samakatuwid ang pisika na naglalarawan sa microworld ay dapat tawaging quantum physics. Dapat pansinin na sinubukan ni Max Planck na harapin ang pinaghalong mga pisikal na konsepto at ibalik ang mga ito sa klasikal na landas ng pag-unlad, ngunit hindi niya nalutas ang problemang ito.
Makalipas ang halos isang daang taon, kailangan nating aminin na ang hangganan sa pagitan ng mga batas ng klasikal at quantum physics ay hindi pa naitatag. Nararanasan pa rin ang mga makabuluhang paghihirap sa paglutas ng maraming problema ng microworld at marami sa mga ito ay itinuturing na hindi malulutas sa loob ng balangkas ng itinatag na mga konsepto at ideya, kaya napipilitan kaming bumalik sa pagtatangka ni Max Planck na kumuha ng modelong matematikal ng batas ng radiation ng itim na katawan. batay sa mga klasikal na konsepto.
Ang unang batas ng photoelectric effect ay maaaring ipaliwanag gamit ang klasikal na pisika, ngunit pangalawa At pangatlo hindi maipaliwanag dito ang mga batas.
Ang katotohanan ay, ayon sa klasikal na electrodynamics, ang enerhiya ng isang light wave ay nakasalalay lamang sa amplitude nito at hindi nakasalalay sa dalas. Samakatuwid, imposibleng ipaliwanag ang eksperimento na itinatag na pangalawang batas ng photoelectric effect, ayon sa kung saan ang maximum na kinetic energy ng mga ejected electron pagtaas ng linearly na may pagtaas ng dalas ng liwanag ng insidente. Para sa parehong dahilan, ang ikatlong batas ng photoelectric effect ay hindi maipaliwanag.
Tandaan natin ang isa pang tampok ng photoelectric effect, na hindi rin maipaliwanag sa loob ng balangkas ng classical electrodynamics, - ito ang "inertialessness" ng photoelectric effect.
Ipinapakita ng karanasan na nangyayari ang photocurrent sabay-sabay kapag tumama ang liwanag sa elektrod 1. Ayon sa klasikal na electrodynamics, upang ang isang liwanag na alon ay "mag-rock" ng isang elektron, na nagbibigay ng sapat na enerhiya upang ito ay makatakas mula sa metal, ang ilang oras ay kinakailangang lumipas.
Ang quantum physics. 2014
- Mga batas ng photoelectric effect
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - Mga tanong at takdang-aralin para sa talata § 25. Photoelectric effect
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - 1. Mga batas ng photoelectric effect
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - Pang-eksperimentong pag-aaral ng photoelectric effect
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - Mga tanong at takdang-aralin para sa talata § 19. Ang kalikasan ng liwanag. Mga batas ng geometric na optika
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Electrodynamics -
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> Mechanical vibrations at waves - Bakit maayos ang takbo ng tren?
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> - Bakit nagaganap ang malalaking puwersa sa panahon ng isang epekto?
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> Mga batas sa konserbasyon sa mekanika -
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> Dynamics - Bakit hindi tumitigil ang paggalaw ng mga molekula?
Textbook ng Physics para sa grade 10 -> Molecular physics at thermodynamics - Bakit pahaba ang mga violin at gitara?
Textbook ng Physics para sa grade 10 -> Mechanics - Kabanata 3. Mga batas sa konserbasyon sa mekanika
Textbook ng Physics para sa grade 10 -> Mechanics - Bakit hindi natin nararamdaman ang paggalaw ng Earth?
Textbook ng Physics para sa grade 10 -> Mechanics - Prinsipyo ng pagsusulatan
Textbook ng Physics para sa grade 10 -> - Mga limitasyon ng kakayahang magamit ng mga pisikal na batas at teorya
Physics textbook para sa grade 10 -> Physics at ang siyentipikong paraan ng cognition - Siyentipikong batas at siyentipikong teorya
Physics textbook para sa grade 10 -> Physics at ang siyentipikong paraan ng cognition - Ang prinsipyo ng pagsusulatan ni Bohr
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - 3. Korespondensya sa pagitan ng klasikal at quantum mechanics
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - Probability sa classical physics
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - 3. Ang mga postula ni Bohr
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - 3. Application ng photoelectric effect
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - 2. Photoelectric effect theory
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - Gumawa tayo ng isang eksperimento sa paksa 1. Mga batas ng photoelectric effect
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - 3. Ang hypothesis ni Planck
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics - 2. "Ultraviolet Disaster"
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Quantum physics -
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Electrodynamics - Mga batas ng light refraction
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Electrodynamics - Mga batas ng pagmuni-muni ng liwanag
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Electrodynamics - Bakit mayroon lamang magnetic interaction sa pagitan ng mga conductor na nagdadala ng kasalukuyang?
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Electrodynamics - Kabanata 2. Mga batas ng direktang agos
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Electrodynamics - Bakit nakakaapekto ang isang electric field sa mga bagay na hindi nakakarga?
Textbook ng Physics para sa grade 11 -> Electrodynamics - Pag-install para sa pag-aaral ng photoelectric effect
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Quantum physics - Pagpapakita ng photoelectric effect
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Quantum physics - Bakit asul ang langit at ang araw ay madilaw?
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Electrodynamics - Bakit lumilitaw na maraming kulay ang mga bula ng sabon?
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Electrodynamics - Paano ipinapaliwanag ng wave theory ang mga batas ng repleksiyon at repraksyon ng liwanag?
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Electrodynamics - Mga batas ng light refraction
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Electrodynamics - Mga batas ng pagmuni-muni ng liwanag
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Electrodynamics - Ang kalikasan ng liwanag. Mga batas ng geometric na optika
Mga guhit sa pisika para sa grade 11 -> Electrodynamics - Application ng photoelectric effect
Mga kawili-wiling bagay tungkol sa pisika -> Encyclopedia of Physics - Ang equation ni Einstein para sa photoelectric effect
Mga kawili-wiling bagay tungkol sa pisika -> Encyclopedia of Physics - Teorya ng epekto ng photoelectric
Mga kawili-wiling bagay tungkol sa pisika -> Encyclopedia of Physics - Mga batas ng photoelectric effect
Mga kawili-wiling bagay tungkol sa pisika -> Encyclopedia of Physics - Mga batas ng repraksyon
Mga kawili-wiling bagay tungkol sa pisika -> Encyclopedia of Physics - Mga batas ng pagmuni-muni
Mga kawili-wiling bagay tungkol sa pisika -> Encyclopedia of Physics - NEWTON ISAAC
Mga kawili-wiling bagay tungkol sa pisika -> Mga kwento tungkol sa mga siyentipiko sa pisika - Pag-urong ng baril
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> Mga batas sa konserbasyon sa mekanika - Cargo at troli
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> Mga batas sa konserbasyon sa mekanika - Hilahang lubid
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> Mga batas sa konserbasyon sa mekanika - Pagbangga ng magkaparehong bola
Mga guhit sa pisika para sa grade 10 -> Mga batas sa konserbasyon sa mekanika
Ito ay kilala na sa pagtatapos ng ika-19 na siglo ay inihayag na ang mga batas ng klasikal na pisika ay matagumpay na gumagana lamang sa macroworld, habang ang iba ay nagtatrabaho sa microworld - mga batas ng quantum. Ang pananaw na ito ay nangingibabaw sa buong ikadalawampu siglo. At ngayon, kapag, sa batayan ng mga batas ng klasikal na pisika, nakilala natin ang mga modelo ng photon, electron, proton, neutron at ang mga prinsipyo ng pagbuo ng nuclei, atoms at molecules, ang tanong ay lumitaw: ang mga physicist ba ng nakaraan nagkakamali ang mga henerasyon sa pamamagitan ng paglilibing sa kakayahan ng klasikal na pisika na lutasin ang mga problema ng microworld? Upang masagot ang tanong na ito, suriin nating mabuti ang mga pinagmulan ng kawalan ng tiwala sa klasikal na pisika kapag naghahanap ng katanggap-tanggap na interpretasyon ng pang-eksperimentong impormasyon tungkol sa radiation ng itim na katawan (Larawan 119).
Nagsimula ang lahat sa pagtatatag ng batas ng radiation ng itim na katawan (Fig. 119). Ang derivation ng matematikal na modelo ng batas na ito, na isinagawa ni Max Planck sa simula ng ikadalawampu siglo, ay batay sa mga konsepto at ideya na pinaniniwalaang sumasalungat sa mga batas ng klasikal na pisika.
kanin. 119. a) graphic na modelo ng isang ganap na itim na katawan;
b) - pag-asa ng density ng radiation ng isang ganap na itim na katawan sa haba ng daluyong ng mga ibinubuga na photon
Ipinakilala ni Planck sa modelo ng matematika ng batas ng radiation ng itim na katawan ang isang pare-pareho na may sukat ng mekanikal na pagkilos, na malinaw na sumasalungat sa mga ideya tungkol sa likas na alon ng electromagnetic radiation. Gayunpaman, ang kanyang modelo ng matematika ay tumpak na inilarawan ang mga eksperimentong pagdepende ng radiation na ito. Ang patuloy na ipinakilala niya ay nagpapahiwatig na ang radiation ay hindi tuloy-tuloy, ngunit sa mga bahagi. Sinasalungat nito ang batas ng radiation ng Rayleigh-Jeans, na batay sa mga ideya tungkol sa likas na alon ng electromagnetic radiation, ngunit inilarawan lamang ang mga eksperimentong dependence sa mababang frequency range (236), iyon ay, mahabang wavelength ng radiation (Fig. 119).
Una sa lahat, ipinakita namin ang formula ng Rayleigh-Jeans, na kasiya-siyang naglalarawan sa eksperimentong pattern ng low-frequency na hanay ng radiation (Fig. 119). Batay sa mga konsepto ng alon ng electromagnetic radiation, itinatag nila na ang enerhiya na nilalaman sa dami ng isang ganap na itim na katawan ay tinutukoy ng pag-asa.
, (236)
nasaan ang dalas ng radiation; - dami ng lukab ng isang ganap na itim na katawan (Larawan 119); - bilis ng liwanag; - Boltzmann pare-pareho; - ganap na temperatura ng radiation.
Hinahati ang kaliwa at kanang bahagi ng kaugnayan (236) sa dami, nakukuha natin ang volumetric density ng electromagnetic radiation
. (237)
Ang derivation ng formula na ito ay batay sa ideya ng pagkakaroon sa isang saradong lukab ng isang ganap na itim na katawan (Larawan 119, b) ng isang integer na bilang ng mga nakatayong alon ng electromagnetic radiation na may dalas.
Upang makakuha ng isang modelong matematikal na maglalarawan sa buong spectrum ng electromagnetic radiation ng isang itim na katawan, ipinalagay ni Max Planck na ang radiation ay hindi nangyayari nang tuluy-tuloy, ngunit sa mga bahagi upang ang enerhiya ng bawat ibinubuga na bahagi ay katumbas ng , at ang formula para sa pagkalkula ang density ng electromagnetic radiation ng isang itim na katawan ay naging mga sumusunod (Fig. 119)
. (238)
Ang dami ay pare-pareho na may mekanikal na dimensyon ng pagkilos. Bukod dito, ang kahulugan ng aksyon na ito ay ganap na hindi malinaw sa oras na iyon. Gayunpaman, ang mathematical model (238) na nakuha ni Planck ay lubos na tumpak na inilarawan ang mga eksperimentong pattern ng black body radiation (Fig. 119).
Tulad ng makikita mo, ang expression sa formula (238) ay gumaganap ng papel ng ilang makabuluhang karagdagan sa Rayleigh-Jeans formula (237), ang kakanyahan nito ay bumababa sa katotohanan na ang enerhiya ng isang ibinubuga na photon.
Dahil ang modelong matematikal ng batas ng radiation ng itim na katawan (238) ay naglalaman ng modelong matematikal ng batas ng radiation ng Rayleigh-Jeans (236), lumalabas na ang batas ni Planck ng radiation ng itim na katawan ay nakabatay sa mutually exclusive wave at corpuscular na mga ideya tungkol sa kalikasan ng radiation.
Ang hindi pagkakatugma ng tuluy-tuloy na proseso ng alon ng radiation sa bahagyang proseso ay isang nakakahimok na dahilan para makilala ang krisis ng klasikal na pisika. Mula sa sandaling iyon, nagsimulang maniwala ang mga pisiko na ang saklaw ng mga batas ng klasikal na pisika ay limitado sa macrocosm. Sa microworld, naniniwala sila, iba pa, gumagana ang mga batas ng quantum, samakatuwid ang pisika na naglalarawan sa microworld ay dapat tawaging quantum physics. Dapat pansinin na sinubukan ni Max Planck na harapin ang pinaghalong mga pisikal na konsepto at ibalik ang mga ito sa klasikal na landas ng pag-unlad, ngunit hindi niya nalutas ang problemang ito.
Makalipas ang halos isang daang taon, kailangan nating aminin na ang hangganan sa pagitan ng mga batas ng klasikal at quantum physics ay hindi pa naitatag. Nararanasan pa rin ang mga makabuluhang paghihirap sa paglutas ng maraming problema ng microworld at marami sa mga ito ay itinuturing na hindi malulutas sa loob ng balangkas ng itinatag na mga konsepto at ideya, kaya napipilitan kaming bumalik sa pagtatangka ni Max Planck na kumuha ng modelong matematikal ng batas ng radiation ng itim na katawan. batay sa mga klasikal na konsepto.
Siyempre, upang mas mahusay na maunawaan ang pisikal na kahulugan ng karagdagan sa Planck, ang isa ay dapat magkaroon ng ideya ng magnetic na istraktura ng photon, dahil ang pisikal na kahulugan ng pare-pareho ng Planck mismo ay nakatago sa istrakturang ito. Dahil inilalarawan ng produkto ang mga enerhiya ng mga photon ng buong sukat ng photon radiation, ang magnetic na istraktura ng photon ay nakatago sa dimensyon ng pare-pareho ng Planck. Naitatag na namin na ang photon ay may tulad na umiikot na magnetic na istraktura, ang sentro ng masa na naglalarawan ng isang wavelength na katumbas ng radius nito. Bilang resulta, ang mathematical expression para sa pare-pareho ng Planck ay nasa anyo
Tulad ng makikita, ang pare-pareho ng Planck ay may tahasang mekanikal na dimensyon ng angular na momentum. Kilalang-kilala na ang constancy ng angular momentum ay pinamamahalaan ng batas ng konserbasyon ng angular momentum, at agad na nagiging malinaw ang dahilan ng constancy ng constant ng Planck.
Una sa lahat, ang konsepto batas ng konserbasyon ng angular momentum" ay isang konsepto ng classical physics, o mas tiyak, classical mechanics. Sinasabi nito na kung ang kabuuan ng mga sandali ng mga panlabas na puwersa na kumikilos sa isang umiikot na katawan ay katumbas ng zero, kung gayon ang angular na momentum na kumikilos sa naturang katawan ay nananatiling pare-pareho sa magnitude at direksyon.
Siyempre, ang isang photon ay hindi isang solidong katawan na iikot lamang nang hindi gumagalaw sa kalawakan, ngunit mayroon itong masa at mayroon tayong lahat ng dahilan upang maniwala na ang papel ng masa ng photon ay ginagampanan ng isang magnetic substance na umiikot na may kaugnayan sa axis nito, na kung saan umiikot at gumagalaw sa kalawakan sa bilis ng liwanag .
Mula sa mathematical model (239) ng Planck's constant ito ay sumusunod na ang magnetic model ng photon ay dapat na tulad na ang isang sabay-sabay na pagbabago sa masa, radius at dalas ng mga umiikot na magnetic field ng photon ay umalis sa kanilang produkto, na makikita sa matematikal na pagpapahayag ng Planck's constant (239), pare-pareho.
Halimbawa, habang tumataas ang masa (enerhiya) ng isang photon, bumababa ang wavelength nito. Ilarawan muli kung paano naisasakatuparan ang pagbabagong ito ng pare-pareho ng Planck (239) sa modelo ng photon (Fig. 15 at 16).
Dahil ang constancy ng pare-pareho ng Planck ay pinamamahalaan ng batas ng konserbasyon ng angular momentum 
, pagkatapos habang tumataas ang masa ng photon, tumataas ang density ng mga magnetic field nito (Larawan 15 at 16) at dahil dito, ang mga puwersang magnetic na pumipilit sa pagtaas ng photon, na palaging binabalanse ng centrifugal forces ng inertia na kumikilos sa mga sentro ng masa ng mga larangang ito. Ito ay humahantong sa isang pagbawas sa radius ng photon, na palaging katumbas ng wavelength nito. Ngunit dahil ang radius sa pagpapahayag ng pare-pareho ng Planck ay parisukat, kung gayon upang mapanatili ang katatagan ng pare-pareho ng Planck (239), ang dalas ng mga oscillation ng photon ay dapat tumaas. Dahil dito, ang isang bahagyang pagbabago sa masa ng isang photon ay awtomatikong nagbabago sa radius at dalas nito upang ang angular momentum (Planck's constant) ay nananatiling pare-pareho.
Kaya, ang mga photon ng lahat ng mga frequency, habang pinapanatili ang kanilang magnetic na istraktura, nagbabago ng masa, dalas at radius upang . Ibig sabihin, ang prinsipyo ng pagbabagong ito ay pinamamahalaan ng batas ng konserbasyon ng angular momentum.
Kung tatanungin mo ang tanong: bakit gumagalaw ang mga photon ng lahat ng mga frequency sa isang vacuum sa parehong bilis? Pagkatapos ay makukuha natin ang sumusunod na sagot. Dahil ang pagbabago sa photon mass at ang radius nito ay kinokontrol ng batas ng photon localization 
sa paraang habang tumataas ang masa ng isang photon, bumababa ang radius nito at kabaliktaran.
Pagkatapos, upang mapanatili ang katatagan ng pare-pareho ng Planck, habang bumababa ang radius, ang dalas ay dapat tumaas nang proporsyonal. Bilang resulta, ang kanilang produkto ay nananatiling pare-pareho at pantay. Sa kasong ito, ang bilis ng photon center of mass (Larawan 20, a) ay nagbabago sa pagitan ng haba ng daluyong sa paraang ang average na halaga nito ay nananatiling pare-pareho at pantay at hindi kumukuha ng mga zero na halaga (Larawan 20, a ).
Kaya, ang katatagan ng pare-pareho ng Planck ay pinamamahalaan ng isa sa mga pinakapangunahing batas ng klasikal na pisika (o sa halip, klasikal na mekanika) - ang batas ng konserbasyon ng angular momentum. Ito ay isang purong klasikal na mekanikal na batas, at hindi isang uri ng mystical na pagkilos ng Kantian, tulad ng dati nang pinaniniwalaan. Samakatuwid, ang hitsura ng pare-pareho ng Planck sa modelo ng matematika ng batas ng radiation ng itim na katawan ay hindi nagbibigay ng anumang mga batayan para sa paggigiit ng kawalan ng kakayahan ng klasikal na pisika upang ilarawan ang proseso ng radiation ng katawan na ito. Sa kabaligtaran, ang pinakapangunahing batas ng klasikal na pisika - ang batas ng konserbasyon ng angular momentum - ay tiyak na kasangkot sa paglalarawan ng prosesong ito.
Kaya, ang batas ni Planck ng radiation ng itim na katawan ay isang batas ng klasikal na pisika at hindi na kailangang ipakilala ang konsepto ng "Quantum physics". Mayroon ding klasikal na derivation ng formula ni Planck (239). Ito ay batay sa mga konsepto ng corpuscular ng istraktura ng mga photon. Ipinakikita namin ang konklusyong ito.
Dahil ang black body radiation ay isang koleksyon ng mga photon, na ang bawat isa ay may kinetic energy lamang, dapat nating ipakilala ang kinetic energy ng photon at ang thermal energy ng koleksyon ng mga emitted photon sa mathematical model ng Maxwellian distribution law.
. (240)
Susunod, dapat nating isaalang-alang na ang mga photon ay ibinubuga ng mga electron ng mga atomo sa panahon ng kanilang mga paglipat ng enerhiya. Ang bawat elektron ay maaaring gumawa ng isang serye ng mga transisyon sa pagitan ng mga antas ng enerhiya, na nagpapalabas ng mga photon ng iba't ibang enerhiya. Samakatuwid, ang kumpletong distribusyon ng volumetric energy density ng emitted photon ay binubuo ng kabuuan ng mga distribusyon na isinasaalang-alang ang mga energies ng photon ng lahat ng antas ng enerhiya. Isinasaalang-alang ang nasa itaas, ang batas ni Maxwell, na isinasaalang-alang ang pamamahagi ng mga enerhiya ng photon ng lahat ng antas ng enerhiya ng atom, ay isusulat bilang mga sumusunod
kung saan ang pangunahing quantum number na tumutukoy sa bilang ng antas ng enerhiya ng electron sa atom.
Ito ay kilala na ang kabuuan ng serye (241) ay katumbas ng
. (242)
Ang pag-multiply sa kanang bahagi ng formula (242) sa Planck constant at sa coefficient mula sa Rayleigh-Jeans formula (236), nakakakuha tayo ng resulta na naglalarawan sa pattern ng mga pagbabago sa density ng photon sa cavity ng isang itim na katawan. (Larawan 119, a) mula sa dalas ng mga photon o kanilang wavelength (Larawan 119, b)
. (243)
Ito ang batas ng black body radiation (243), na nakuha ni Max Planck noong 1901. Ang expression (243) ay bahagyang naiiba sa expression (242) sa pamamagitan ng coefficient, na, tulad ng dati nang pinaniniwalaan, ay isinasaalang-alang ang bilang ng mga antas ng kalayaan ng electromagnetic radiation ng isang itim na katawan. Ayon kay E.V. Shpolsky ang halaga nito ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga alon ng electromagnetic radiation at maaaring mag-iba mula hanggang. Gayunpaman, sa loob ng balangkas ng mga nakasaad na ideya, ang variable coefficient
(244)
nailalarawan ang density ng mga photon sa lukab ng isang itim na katawan. Ang isang mas tumpak na halaga ng pare-parehong bahagi ng koepisyent na ito ay maaaring matukoy sa eksperimento.
Kaya, nakuha natin ang batas ng radiation ng itim na katawan (243), batay sa mga purong klasikal na ideya at konsepto, at nakikita natin ang kumpletong kakulangan ng dahilan upang maniwala na ang batas na ito ay sumasalungat sa klasikal na pisika. Sa kabaligtaran, ito ay bunga ng mga batas ng pisika na ito. Ang lahat ng bahagi ng matematikal na modelo ng batas ni Planck (238) ng radiation ng itim na katawan ay nakakuha ng kanilang matagal nang malinaw na klasikal na pisikal na kahulugan.
Bigyang-pansin natin ang katotohanan na sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan ay may mga photon (Fig. 15, 16 at 119) ng iba't ibang radii, at ang pinakamataas na temperatura (2000 at 1500 degrees C, Fig. 119) ay nabuo. sa pamamagitan ng isang hanay ng mga photon na may ilang radii, ang mga halaga nito ay natukoy nang tumpak sa pamamagitan ng formula ng Wien
. (245)
Halimbawa, ang pinakamataas na temperatura na 2000 C ay bumubuo ng isang set ng mga photon na may radii
Ito ay mga invisible photon ng infrared range at agad kaming may pagtutol. Sinasabi sa amin ng karanasan na ang temperatura ng 2000 C ay nabuo sa pamamagitan ng mga nakikitang photon ng light range. Ang pananaw na ito ay isang malinaw na halimbawa ng kamalian ng ating mga intuwisyon. Ipaliwanag natin ang kakanyahan nito gamit ang sumusunod na halimbawa.
Maaraw na nagyelo na araw ng taglamig na may temperaturang minus 30 degrees. Celsius na may malutong na niyebe sa ilalim ng paa. Ang kasaganaan ng sikat ng araw ay nagbibigay sa amin ng ilusyon ng maximum liwanag mga photon na nakapaligid sa amin, at handa kaming kumpiyansa na sabihin na kami ay nasa kapaligiran ng mga photon na may average na wavelength (mas tiyak, ngayon ay may average na radius) ng isang light photon 
(Talahanayan 2). Ngunit itinutuwid tayo ng batas ni Wien (245), na nagpapatunay na tayo ay nasa isang kapaligiran ng mga photon, ang pinakamataas na koleksyon nito ay may radii (mga wavelength) na katumbas ng (Talahanayan 2).
Tulad ng nakikita mo, ang aming intuitive na error ay higit sa dalawang order ng magnitude. Sa isang maliwanag na maaraw na araw ng taglamig na may frost na minus 30 degrees, kami ay nasa isang kapaligiran na may pinakamataas na bilang ng hindi liwanag, ngunit infrared na mga photon na may mga wavelength (o radii).
Sa pagpasa, tandaan namin na ang mga wavelength (radii) ng mga photon ay nag-iiba sa pagitan ng 16 na mga order ng magnitude (Larawan 15, 16). Ang pinakamalaking radii () ay may mga photon ng cosmic microwave background (Talahanayan 2), na bumubuo ng pinakamababang posibleng temperatura malapit sa absolute zero, at ang pinakamaliit () - gamma photon (Talahanayan 2) ay hindi bumubuo ng anumang temperatura. Ang pagbuo ng istraktura ng mga photon at ang kanilang pag-uugali ay kinokontrol ng 7 constants.
Ang ipinakita na impormasyon ay nakakumbinsi sa amin ng bisa ng formula ng Wien (245) at mahahanap namin ang radii ng mga photon, ang kabuuan nito ay bumubuo ng pangalawang maximum na temperatura (Larawan 119, b) sa lukab ng itim na katawan (Larawan 119, a ).
. (248)
Tulad ng makikita (247 at 248), na may pagtaas ng temperatura, ang radii ng mga photon, ang kabuuan ng kung saan ay bumubuo ng temperatura, ay bumababa. Nangangahulugan ito na ang temperatura na malapit sa absolute zero ay nabuo ng mga photon na may pinakamalaking radii, at makikita na natin ito (Fig. 120).
kanin. 120: a) larawan ng isang maliit na bahagi ng Uniberso; b) pag-asa ng density ng radiation ng Uniberso sa haba ng daluyong: teoretikal - manipis na linya; eksperimental – makapal na linya
Ito ay pinaniniwalaan na ang formula ng Wien (245) ay may bisa lamang para sa mga saradong sistema (Larawan 119, a). Gayunpaman, makikita natin ngayon na perpektong inilalarawan nito hindi lamang ang radiation ng isang ganap na itim na katawan (Larawan 119, a), bilang isang saradong sistema, kundi pati na rin ang Uniberso - isang ganap na bukas na sistema (Larawan 120, a).
Ang teoretikal na pag-asa ng density ng radiation ng Uniberso (Larawan 120, b - manipis na linya) ay katulad ng pag-asa ng density ng radiation ng isang ganap na itim na katawan (Larawan 119, a) na inilarawan ng formula ni Planck (243).
Ang pinakamataas na radiation ng Uniberso ay naitala sa eksperimento sa temperatura (Larawan 120, b, punto A) at may wavelength 
. Ang formula ng alak (245) ay nagbibigay ng parehong resulta
(249)
Ito ay malinaw na patunay na ang batas ni Wien ay may bisa hindi lamang para sa mga saradong sistema, tulad ng isang ganap na itim na katawan (Larawan 119, a), ngunit para sa ganap na bukas na mga sistema, tulad ng Uniberso (Larawan 120, a).
Upang mahanap ang pinagmumulan ng pinakamataas na radiation ng Uniberso (Larawan 120, b, puntos A at 3), bigyang-pansin natin ang katotohanan na ang Uniberso na ating namamasid ay binubuo ng 73 porsiyentong hydrogen, 24 porsiyentong helium at 3 porsiyentong mas mabibigat na elemento. . Nangangahulugan ito na ang spectrum ng Uniberso (Larawan 120, b) ay nabuo sa pamamagitan ng mga photon na ibinubuga pangunahin ng mga bagong likhang atomo ng hydrogen. Alam din na ang pagsilang ng mga atomo ng hydrogen ay sinamahan ng proseso ng pagdadala ng isang elektron na mas malapit sa isang proton, bilang isang resulta kung saan ang elektron ay naglalabas ng mga photon.
Pagkakataon ng theoretical value ng wavelength (Fig. 120, b, point 3) kasama ang experimental value nito 
(Fig. 120, b, point A), ay nagpapatunay sa kawastuhan ng paggamit ng Wien formula (245) upang pag-aralan ang radiation spectrum ng Uniberso.
Mga photon na may wavelength magkaroon ng lakas
Ang enerhiya ay tumutugma sa nagbubuklod na enerhiya ng isang elektron na may isang proton sa sandaling ito ay nasa ika-108 na antas ng enerhiya. Ito ay katumbas ng enerhiya ng photon na ibinubuga ng electron sa sandali ng pakikipag-ugnay sa proton at ang pagbuo ng isang hydrogen atom.
Ang proseso ng pagdadala ng isang elektron na mas malapit sa isang proton ay hakbang-hakbang. Ito ay nangyayari sa panahon ng kanilang magkasanib na paglipat mula sa isang kapaligiran na may mataas na temperatura patungo sa isang kapaligiran na may mas mababang temperatura o, mas simple, kapag lumalayo sa mga bituin. Ang paglapit ng isang elektron sa isang proton ay nangyayari sa mga hakbang. Ang bilang ng mga nilaktawan na hakbang sa paglipat na ito ay nakasalalay sa gradient ng temperatura ng medium kung saan gumagalaw ang ipinanganak na hydrogen atom. Kung mas malaki ang gradient ng temperatura, mas maraming hakbang ang maaaring laktawan ng isang elektron kapag papalapit sa isang proton.
Naturally, pagkatapos ng pagbuo ng mga atomo ng hydrogen, nagsisimula ang yugto ng pagbuo ng mga molekula ng hydrogen, na dapat ding magkaroon ng maximum na radiation. Ito ay kilala na ang atomic hydrogen ay nagbabago sa molecular hydrogen sa hanay ng temperatura.
Ang radii ng mga photon na ibinubuga ng mga electron ng hydrogen atoms sa panahon ng pagbuo ng molekula nito ay mag-iiba sa saklaw:
; (251)
, (252)
naaayon sa pagitan ng mga wavelength ng photon na bumubuo ng maximum sa lugar ng point C (Larawan 120, b).
Kaya, mayroon tayong dahilan upang maniwala na ang pinakamataas na radiation ng Uniberso, na tumutugma sa punto C (Larawan 120), ay nabuo ng mga photon na ibinubuga ng mga electron sa panahon ng synthesis ng mga atomo at molekula ng hydrogen.
Gayunpaman, hindi nito tinatapos ang mga proseso ng mga transition ng hydrogen phase. Ang mga molekula nito, na lumalayo sa mga bituin, ay dumadaan sa isang zone ng sunud-sunod na pagbaba ng temperatura, ang pinakamababang halaga nito ay T = 2.726 K. Ito ay sumusunod mula dito na ang mga molekula ng hydrogen ay dumaan sa isang zone ng temperatura kung saan sila natunaw. Siya ay kilala at pantay-pantay. Samakatuwid, may dahilan upang maniwala na dapat mayroong isa pang maximum na radiation mula sa Uniberso, na tumutugma sa temperatura na ito. Ang wavelength ng mga photon na bumubuo ng maximum na ito ay katumbas ng
. (253)
Ang resulta na ito ay halos ganap na tumutugma sa pinakamataas sa punto sa Fig. 120 at nagpapatunay na ang radiation spectrum ng Uniberso ay nabuo sa pamamagitan ng mga proseso ng synthesis ng mga atomo at mga molekula ng hydrogen, pati na rin ang pagkatunaw ng mga molekula ng hydrogen. Ang mga prosesong ito ay patuloy na nagaganap at walang kinalaman sa fictitious Big Bang.
Tulad ng makikita (246 - 253), ang formula ni Wien (245) ay may bisa hindi lamang para sa mga saradong sistema, tulad ng lukab ng isang ganap na itim na katawan (Larawan 119, a), kundi pati na rin para sa mga bukas, tulad ng Uniberso.
Ang mga pisikal na batas ay hindi "kung paano talaga gumagana ang kalikasan." Ang mga tao ay bumubuo ng mga batas sa pamamagitan ng pagmamasid sa kalikasan. Sa ilang mga kaso (microworld), ang kalikasan ay kumikilos sa isang paraan, sa iba pang mga kaso (macroworld, "ordinaryong mundo") - sa isa pa. Sinusunod ito ng mga tao, pumili ng angkop na mga formula - at may lalabas na batas.
Bakit ganito ang batas ni Newton ng unibersal na grabitasyon F = G * m1 * m2 / (r * r)? Paano siya nagtatrabaho? Malabong matukoy ng bawat planeta, kometa, o asteroid ang lahat ng kalapit na bagay sa pamamagitan ng mata at, gamit ang ilang uri ng built-in na calculator, mag-multiply, magdagdag, at sa gayon ay magpasya kung saan lilipad. Hindi, baka may ibang nangyayari dito. Ngunit hindi sinagot ni Newton ang tanong na ito. Siya mismo ay hindi alam kung bakit ganito ang ugali ng mga planeta. Pinag-isipan lang niyang mabuti at nahulaan na ang formula (na nakasulat sa itaas) ay akmang-akma rito. Iyan ang buong batas.
At kapag ang mga physicist ay nagmamasid sa kalikasan sa quantum level, napapansin nila na dito ang mga klasikal na formula ay hindi tama. Siyempre, maaaring i-cross out ng isang tao ang lahat ng Newtonian physics at sabihin na "sa katotohanan" ang lahat ng mga formula na ito ay ganito (kung palawigin natin ang mga batas ng quantum world hanggang sa malaking mundo, makukuha lang natin ang Newtonian mechanics, sa isang malaking halaga lamang. mas kumplikadong anyo). Ngunit bakit isuko ang mahusay, subok na mga formula kung maraming lugar ng aplikasyon kung saan mas maginhawa ang mga formula na ito?
P.S. Bilang karagdagan, may mga sitwasyon kung saan ang mga quantum law ay ganap na hindi angkop (tulad ng sa, hindi angkop sa lahat) para sa mga kalkulasyon. Ang ibig kong sabihin ay ang kilalang "confrontation" sa pagitan ng teorya ng relativity at quantum physics. Sa kaso ng malalaking masa at mataas na bilis, ang quantum physics ay hindi nagbibigay ng nais na resulta na ginagawa ng teorya ng relativity. Ang teorya ng relativity, sa kabaligtaran, ay hindi gumagana sa microworld. Inaasahan na sinusubukan ng mga siyentipiko na bumuo ng isang bago, unibersal na teorya na maaaring "kunin ang pinakamahusay" mula sa teorya ng relativity at quantum physics.
Ang iyong sagot sa kabuuan ay hindi sumasalungat. Ang sagot sa pangkalahatan ay mabuti.
Ngunit ang pariralang "mula sa punto ng pananaw ng modernong agham, ang mundo ay gumagana ayon sa isang solong batas, na hindi pa natuklasan" ay facepalm. Naniniwala ako na ito ang iyong paraan ng pagtukoy sa "mga teorya ng lahat" (halimbawa, teorya ng superstring). Ngunit ang pagbabalangkas ay, sa aking opinyon, ay hindi matagumpay.
Ito ay tulad ng pagsasabi: "umiiral ang mga itim na butas, ngunit wala pa kaming nahanap," "ang tao ay nag-evolve mula sa isang unggoy, ngunit wala kaming ideya kung paano," at iba pa.
Ang modernong agham ay hindi maaaring tiyak na magsasabi ng isang bagay na hindi pa nito natuklasan. Ang mga siyentipiko ay mga taong sineseryoso ang kanilang mga salita. Kung hindi mo ito binuksan, hindi nasuri, tumahimik. O maaari mong sabihin na "may mga hypotheses na", "mayroon kaming dahilan upang ipagpalagay", atbp. Sa halip na ang ultimatum "sa katunayan mayroon, ngunit hindi pa namin nakita ito."
Ang isang magandang parirala ay maaaring "kinikilala ng modernong pisika na may mga puwang sa mga umiiral na teorya, at inaasahan ng mga siyentipiko na alisin ang mga puwang na ito sa tulong ng isang bagong teorya na maaaring magkaisa sa mga umiiral na."
Tila pareho ang sinabi mo, ngunit ang iyong parirala ay nagtatakda ng ibang tono. Mula sa iyong parirala, lumalabas na ang modernong agham ay sa paanuman ay natutunan (insider information mula sa diyos na lumikha?) na mayroong isang tiyak na batas, na ito ay umiiral, ngunit ito ay nakatago ("naghahanap ka sa maling lugar"). At alam na ngayon ng mga siyentipiko na mayroong batas ("Isinusumpa ko ang aking ina"), ngunit hindi pa nila ito mahahanap.
