"Kuantum teorisiyle ilk karşılaştıklarında şaşırmayan herkes muhtemelen anlamamıştır." Niels Bohr

Kuantum teorisinin öncülleri o kadar çarpıcı ki daha çok bilim kurguya benziyor.

Mikro dünyanın bir parçacığı aynı anda iki veya daha fazla yerde olabilir!

(Yakın zamanda yapılan bir deney, bu parçacıklardan birinin aynı anda 3000 yerde bulunabileceğini gösterdi!)

Aynı “nesne” hem lokalize bir parçacık hem de uzayda yayılan bir enerji dalgası olabilir.

Einstein hiçbir şeyin ışık hızından daha hızlı hareket edemeyeceğini öne sürdü. Ancak kuantum fiziği kanıtladı: atom altı parçacıklar, birbirlerinden herhangi bir mesafede bulunan, anında bilgi alışverişinde bulunabilirler.

Klasik fizik deterministti: Bir nesnenin konumu ve hızı gibi başlangıç ​​koşulları göz önüne alındığında, onun nereye gideceğini hesaplayabiliriz. Kuantum fiziği olasılıksaldır: İncelenen nesnenin nasıl davranacağını hiçbir zaman mutlak bir kesinlikle söyleyemeyiz.

Klasik fizik mekanikti. Bir nesnenin yalnızca tek tek parçalarını bilerek onun ne olduğunu nihayetinde anlayabileceğimiz önermesine dayanmaktadır.

Kuantum fiziği bütünseldir: Evrenin, parçaları birbirine bağlı ve birbirini etkileyen tek bir bütün olarak resmini çizer.

Ve belki de en önemlisi, kuantum fiziği, 400 yıldır bilimsel zihinlere hakim olan özne veya nesne, gözlemci ve gözlenen arasındaki temel fark fikrini yok etti!

Quart fiziğinde gözlemci, gözlenen nesneyi etkiler. Mekanik Evrenin izole edilmiş gözlemcileri yoktur - her şey onun varlığında yer alır.

ŞOK #1 - BOŞ ALAN

Newton fiziğinin katı yapısındaki ilk çatlaklardan biri şu keşifle gerçekleşti: Atomlar fiziksel Evrenin katı yapı taşlarıdır! - esas olarak boş alandan oluşur. Ne kadar boş? Bir hidrojen atomunun çekirdeğini bir basketbol topu büyüklüğüne büyütürseniz, onun etrafında dönen tek elektron otuz kilometre uzakta olur ve çekirdek ile elektron arasında hiçbir şey kalmaz. Etrafınıza bakarken şunu unutmayın: gerçeklik, boşluklarla çevrili maddenin en küçük noktalarıdır.

Ancak bu tamamen doğru değil. Bu sözde "boşluk" aslında boş değildir: Muazzam miktarda inanılmaz derecede güçlü enerji içerir. Enerjinin, maddenin daha düşük bir düzeyine doğru ilerledikçe yoğunluğunun arttığını biliyoruz (örneğin, nükleer enerji, kimyasal enerjiden milyon kat daha güçlüdür). Bilim insanları artık boş uzayın bir santimetreküpünde, bilinen evrendeki tüm maddeden daha fazla enerji bulunduğunu söylüyor. Bilim insanları henüz ölçemese de bu enerji denizinin sonuçlarını görüyorlar.

ŞOK #2 - PARÇACIK MI, DALGA MI, DALGA PARÇACAĞI MI?

Atomun neredeyse tamamen "uzaydan" oluşmasının yanı sıra, bilim insanları atomu daha derinlemesine araştırdıklarında atom altı (atomu oluşturan) parçacıkların da katı olmadığını keşfettiler. Ve ikili bir doğaya sahip görünüyorlar. Onları nasıl gözlemlediğimize bağlı olarak katı mikro cisimler veya dalgalar gibi davranabilirler.

Parçacıklar, uzayda belirli bir konumu işgal eden bireysel katı nesnelerdir. Ancak dalgaların bir “bedeni” yoktur; lokalize değildirler ve uzayda yayılmazlar.

Bir elektron veya fotonun (ışık parçacığının) dalga olarak kesin bir konumu yoktur, bir “olasılıklar alanı” olarak var olur. Parçacık durumunda, olasılık alanı katı bir nesneye "çöker" (çöker). Dört boyutlu uzay-zamandaki koordinatları zaten belirlenebiliyor.

Bu şaşırtıcıdır, ancak bir parçacığın (dalga veya katı nesnenin) durumu gözlem ve ölçüm eylemleriyle belirlenir. Ölçülemeyen ve gözlemlenemeyen elektronlar dalga gibi davranır. Deney sırasında gözleme tabi tuttuğumuz anda, katı parçacıklara "çöküyorlar" ve uzayda kaydedilebiliyorlar.

Fakat bir şey nasıl aynı anda hem katı parçacık hem de akışkan dalga olabilir? Belki de yakın zamanda söylediklerimizi hatırlarsak bu paradoks çözülecektir: Parçacıklar dalga gibi veya katı nesneler gibi davranır. Ancak "dalga" ve "parçacık" kavramları sadece günlük hayatımızdan alınmış benzetmelerdir. Dalga kavramı kuantum teorisine Erwin Schrödinger tarafından dahil edildi. Gözlem eyleminden önce katı bir parçacıktaki dalga özelliklerinin varlığını matematiksel olarak doğrulayan ünlü "dalga denkleminin" yazarıdır. Bazı fizikçiler, daha önce hiç karşılaşmadıkları ve tam olarak anlayamadıkları bir şeyi açıklamak amacıyla, atom altı parçacıklara "dalga parçacıkları" adını veriyorlar.

ŞOK #3 - KUANTUM Sıçrayışları ve Olasılık

Bilim adamları atomu incelerken, çekirdeğin etrafında dönen elektronların yörüngeden yörüngeye hareket ederken sıradan nesneler gibi uzayda hareket etmediklerini keşfettiler. Hayır, mesafeyi anında kat ediyorlar. Yani bir yerde kaybolup başka bir yerde ortaya çıkıyorlar. Bu olaya kuantum sıçraması adı verildi.

Üstelik bilim insanları, kayıp elektronun yeni yörüngenin neresinde ortaya çıkacağını veya ne zaman sıçrama yapacağını tam olarak belirleyemediklerini fark ettiler. Yapabilecekleri en fazla, elektronun yeni konumunun olasılığını (Schrödinger dalga denklemine dayanarak) hesaplamaktı.

Dr. Satinover, "Bizim deneyimlediğimiz gerçeklik, her an sayısız olasılıkların bütünü içinde yaratılıyor" diyor. “Fakat asıl sır, fiziksel Evrende bu bütünlükten hangi olasılığın gerçekleşeceğini belirleyen hiçbir şeyin olmamasıdır. Bunu belirleyen bir süreç yok."

Dolayısıyla kuantum sıçramaları Evrendeki tek gerçek rastgele olaylardır.

ŞOK #4 - BELİRSİZLİK İLKESİ

Klasik fizikte, bir nesnenin uzaysal koordinatları ve hızı da dahil olmak üzere tüm parametreleri, yalnızca deneysel teknolojilerin yetenekleriyle sınırlı bir doğrulukla ölçülebilir. Ancak kuantum düzeyinde, bir nesnenin hız gibi niceliksel bir özelliğini belirlediğinizde, koordinatlar gibi diğer parametreleri için kesin değerler elde edemezsiniz. Başka bir deyişle: Bir nesnenin ne kadar hızlı hareket ettiğini biliyorsanız, onun nerede olduğunu bilemezsiniz. Tam tersi: Nerede olduğunu biliyorsanız, ne kadar hızlı hareket ettiğini bilemezsiniz.

Deneyi yapanlar ne kadar bilgili olursa olsun, ne kadar gelişmiş ölçüm teknolojileri kullanırsa kullansın bu perdenin arkasına bakamazlar.

Kuantum fiziğinin öncülerinden Werner Heisenberg belirsizlik ilkesini formüle etti. Özü şu şekildedir: Ne kadar uğraşırsanız uğraşın, bir kuantum nesnesinin koordinatlarının ve hızının kesin değerlerini elde etmek aynı anda imkansızdır. Bir parametreyi ölçerken ne kadar kesinlik elde edersek diğeri de o kadar belirsiz hale gelir.

ŞOK #5 – YERSİZLİK, EPR PARADOKSU VE BELL TEOREMİ

Albert Einstein kuantum fiziğini sevmiyordu. Kuantum fiziğinde ana hatları verilen atom altı süreçlerin olasılıksal doğasını değerlendiren şunları söyledi: "Tanrı Evrenle zar atmaz." Ancak Niels Bohr ona şu cevabı verdi: "Tanrıya ne yapması gerektiğini öğretmeyi bırakın!"

1935'te Einstein ve meslektaşları Podolsky ve Rosen (EPR), kuantum teorisini yenmeye çalıştı. Bilim insanları kuantum mekaniğinin ilkelerini temel alarak bir düşünce deneyi gerçekleştirdiler ve paradoksal bir sonuca vardılar. (Kuantum teorisinin aşağılığını göstermesi gerekiyordu). Düşüncelerinin özü şudur. Aynı anda ortaya çıkan iki parçacığımız varsa, bu onların birbirine bağlı olduğu veya süperpozisyon durumunda olduğu anlamına gelir. Onları Evrenin farklı uçlarına gönderelim. Sonra parçacıklardan birinin durumunu değiştiririz. Daha sonra kuantum teorisine göre başka bir parçacık anında aynı duruma gelir. Aniden! Evrenin diğer ucunda!

Böyle bir fikir o kadar gülünçtü ki Einstein bundan alaycı bir şekilde "uzaktan doğaüstü eylem" olarak bahsetmişti. Görelilik teorisine göre hiçbir şey ışıktan daha hızlı gidemez. Ve EPR deneyinde parçacıklar arasındaki bilgi alışverişinin hızının sonsuz olduğu ortaya çıktı! Buna ek olarak, bir elektronun Evrenin diğer ucundaki başka bir elektronun durumunu "izleyebileceği" fikri, gerçeklik ve aslında genel olarak sağduyu hakkındaki genel kabul görmüş fikirlerle tamamen çelişiyordu.

Ancak 1964'te İrlandalı teorik fizikçi John Bell, takip ettiği bir teoremi formüle etti ve kanıtladı: EPR düşünce deneyinden elde edilen "gülünç" sonuçlar doğrudur!

Parçacıklar zaman ve mekânı aşan bir düzeyde yakından bağlantılıdır. Bu nedenle anlık olarak bilgi alışverişinde bulunabilmektedirler.

Evrendeki herhangi bir nesnenin yerel olduğu fikri; uzayda tek bir yerde (noktada) var - doğru değil. Bu dünyadaki her şey yerel değildir.

Ancak bu olay evrenin geçerli bir kanunudur. Schrödinger, nesneler arasındaki ilişkinin kuantum teorisinin tek ilgi çekici yönü olmadığını ama en önemlisi olduğunu söyledi. 1975'te teorik fizikçi Henry Stapp, Bell'in teoremini "bilimin en önemli keşfi" olarak nitelendirdi. Sadece fizikten değil bilimden bahsettiğini unutmayın.

(Yazı, W. Arntz, B. Chace, M. Vicente'nin “Tavşan Deliği, Yoksa Kendimiz ve Evren Hakkında Ne Biliyoruz?” kitabının “Kuantum Fiziği” bölümündeki materyallerden yararlanılarak hazırlanmıştır.)

1935'te, kuantum mekaniği ve Einstein'ın genel görelilik teorisi çok gençken, pek ünlü olmayan Sovyet fizikçisi Matvei Bronstein, 28 yaşındayken, bu iki teorinin kuantum teorisindeki uzlaşmasına ilişkin ilk ayrıntılı çalışmayı yaptı. yer çekimi. Bronstein'ın yazdığı gibi, bu "belki de tüm dünyanın teorisi", Einstein'ın yerçekiminin uzay-zaman sürekliliğinde eğriler olarak görüldüğü klasik tanımının yerini alabilir ve onu fiziğin geri kalanı gibi kuantum dilinde yeniden yazabilir.

Bronstein, yerçekimini, şimdi graviton olarak adlandırılan kuantize parçacıklar açısından nasıl tanımlayacağını buldu, ancak bunu yalnızca yerçekimi kuvveti zayıf olduğunda, yani (genel görelilikte), uzay-zaman çok hafif kavisli olduğu ve aslında düz olduğu zaman yaptı. Bilim adamı, yerçekimi güçlü olduğunda "durum tamamen farklı" diye yazdı. "Klasik kavramları derinlemesine gözden geçirmeden, bu alanda kuantum kütleçekimi teorisini hayal etmek neredeyse imkansız görünüyor."

Sözleri kehanet niteliğindeydi. Seksen üç yıl sonra, fizikçiler hâlâ uzay-zaman eğriliğinin kendisini makroskobik ölçeklerde nasıl gösterdiğini, yerçekiminin daha temel ve muhtemelen kuantum bir resminden ortaya çıktığını anlamaya çalışıyorlar; Bu belki de fizikteki en derin sorudur. Belki eğer bir şans olsaydı Bronstein'ın parlak zekası bu arayış sürecini hızlandırabilirdi. Kuantum yerçekiminin yanı sıra astrofizik ve kozmolojiye, yarı iletken teorisine, kuantum elektrodinamiğine de katkılarda bulundu ve çocuklar için çeşitli kitaplar yazdı. 1938'de Stalin'in baskılarına maruz kaldı ve 31 yaşında idam edildi.

Kuantum kütleçekiminin eksiksiz bir teorisinin araştırılması, kütleçekimin kuantum özelliklerinin gerçek deneyimde hiçbir zaman kendini göstermemesi gerçeği nedeniyle karmaşıklaşmaktadır. Fizikçiler, Einstein'ın düzgün uzay-zaman sürekliliği tanımının ya da Bronstein'ın hafif kavisli bir duruma ilişkin kuantum yaklaşımının nasıl ihlal edildiğini göremiyorlar.

Sorun, yerçekimi kuvvetinin aşırı zayıflığıdır. Güçlü, zayıf ve elektromanyetik kuvvetleri ileten kuantize edilmiş parçacıklar, maddeyi atomlara sıkı bir şekilde bağlayacak ve bir büyüteç altında kelimenin tam anlamıyla incelenebilecek kadar güçlüyken, bireysel gravitonlar o kadar zayıftır ki laboratuvarların onları tespit etme şansı yoktur. Bir gravitonu yakalama olasılığının yüksek olması için, parçacık detektörünün kara deliğe çökecek kadar büyük ve kütleli olması gerekir. Bu zayıflık, diğer büyük cisimleri yerçekimi yoluyla etkilemek için neden astronomik kütle birikimlerine ihtiyaç duyulduğunu ve neden büyük ölçeklerde kütleçekim etkilerini gördüğümüzü açıklıyor.

Hepsi bu değil. Evren bir çeşit kozmik sansüre tabi görünüyor: Güçlü çekim bölgeleri (uzay-zaman eğrileri o kadar keskin ki Einstein'ın denklemleri bozuluyor ve çekim ile uzay-zamanın kuantum doğasının ortaya çıkarılması gerekiyor) kara deliklerin ufkunun arkasında her zaman gizleniyor.

Harvard Üniversitesi'nden teorik fizikçi Igor Pikovsky, "Birkaç yıl önce bile, yerçekimi alanının kuantizasyonunu herhangi bir şekilde ölçmenin büyük olasılıkla imkansız olduğu konusunda genel bir fikir birliği vardı" diyor.

Şimdi, Physical Review Letters'da yayınlanan birkaç yeni makale bu durumu değiştirdi. Bu makaleler, hakkında hiçbir şey bilmeden bile kuantum yerçekimine ulaşmanın mümkün olabileceği iddiasını ortaya koyuyor. University College London'dan Sugato Bose ve Oxford Üniversitesi'nden Chiara Marletto ve Vlatko Vedral tarafından yazılan makaleler, bir gravitonun tespit edilmesini gerektirmeden, yerçekiminin diğerleri gibi bir kuantum kuvveti olduğunu doğrulayabilecek, teknik açıdan zorlayıcı ancak uygulanabilir bir deney önermektedir. . Bu çalışmada yer almayan Dartmouth Üniversitesi'nden kuantum fizikçisi Miles Blencowe, böyle bir deneyin görünmez kuantum kütle çekiminin açık bir imzasını - "Cheshire Kedisi'nin gülümsemesi"ni - ortaya çıkarabileceğini söylüyor.

Önerilen deney, iki nesnenin (Bose'un grubu bir çift mikroelmas kullanmayı planlıyor) karşılıklı yerçekimsel çekim yoluyla kuantum mekaniksel olarak birbirine dolanıp dolanamayacağını belirleyecek. Dolaşıklık, parçacıkların ayrılmaz biçimde iç içe geçtiği, olası birleşik durumlarını tanımlayan tek bir fiziksel tanımı paylaştığı bir kuantum olgusudur. (Farklı olası durumların bir arada bulunmasına "süperpozisyon" adı verilir ve bir kuantum sistemi tanımlanır.) Örneğin, A parçacığının %50 aşağıdan yukarıya dönme olasılığına sahip olduğu ve B parçacığının yukarıdan aşağıya dönme olasılığına sahip olduğu ve %50 olasılıkla tam tersi bir süperpozisyonda bir çift dolaşık parçacık mevcut olabilir. Parçacıkların dönüş yönünü ölçerken nasıl bir sonuç alacağınızı kimse önceden bilemez, ancak onlar için de aynı olacağından emin olabilirsiniz.

Yazarlar, önerilen deneydeki iki nesnenin ancak aralarında etki eden kuvvetin (bu durumda yerçekimi) kuantum süperpozisyonlarını destekleyebilen gravitonların aracılık ettiği bir kuantum etkileşimi olması durumunda bu şekilde dolanık hale gelebileceğini öne sürüyorlar. Blencowe, "Eğer deney yapılırsa ve çalışmaya göre dolaşıklık elde edilirse, yerçekiminin kuantize olduğu sonucuna varabiliriz." diye açıkladı.

Elması karıştır

Kuantum yerçekimi o kadar incelikli ki bazı bilim adamları onun varlığından şüphe ediyor. 94 yaşındaki ünlü matematikçi ve fizikçi Freeman Dyson, 2001'den bu yana evrenin, "Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından açıklanan kütleçekim alanının, herhangi bir kuantum davranışı olmayan tamamen klasik bir alan olacağı" şeklindeki bir tür "dualistik" tanımlamayı destekleyebileceğini savunuyor. Bu pürüzsüz uzay-zaman sürekliliğindeki tüm maddeler ise olasılık kurallarına uyan parçacıklar tarafından nicelendirilecek.

Kuantum elektrodinamiğinin (madde ve ışık arasındaki etkileşim teorisi) geliştirilmesine yardımcı olan ve New Jersey, Princeton'daki İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde fahri profesör olan Dyson, kara deliklerin ulaşılmaz iç kısımlarını tanımlamak için kuantum yerçekiminin gerekli olduğuna inanmıyor. . Ayrıca varsayımsal bir gravitonu tespit etmenin prensipte imkansız olabileceğine de inanıyor. Bu durumda kuantum çekiminin fiziksel değil metafiziksel olacağını söylüyor.

Tek şüpheci o değil. Ünlü İngiliz fizikçi Sir Roger Penrose ve Macar bilim adamı Lajos Diosi birbirlerinden bağımsız olarak uzay-zamanın süperpozisyonları destekleyemeyeceğini öne sürdüler. Pürüzsüz, katı ve temelde klasik doğasının, aynı anda iki olası yola bükülmesini engellediğine inanıyorlar ve elektronlar ve fotonlar gibi kuantum sistemlerinin süperpozisyonlarının çökmesine yol açan şeyin de bu katılık olduğunu düşünüyorlar. Onlara göre "kütleçekimsel eşevresizlik", makroskobik ölçekte hissedilebilen tek, katı, klasik bir gerçekliğin ortaya çıkmasına izin veriyor.

Kuantum yerçekiminin "gülümsemesini" bulma yeteneği, Dyson'ın iddiasını çürütüyor gibi görünüyor. Aynı zamanda, yerçekiminin ve uzay-zamanın aslında kuantum süperpozisyonlarını desteklediğini göstererek, kütleçekimsel eşevresizlik teorisini de ortadan kaldırıyor.

Bose ve Marletto'nun önerileri aynı anda ve tamamen tesadüfen ortaya çıktı, ancak uzmanlar bunların zamanın ruhunu yansıttığını belirtiyor. Dünyanın dört bir yanındaki deneysel kuantum fiziği laboratuvarları giderek daha büyük mikroskobik nesneleri kuantum süperpozisyonlarına sokuyor ve iki kuantum sisteminin dolaşıklığını test etmek için protokolleri optimize ediyor. Önerilen deneyin bu prosedürleri birleştirmesi gerekecek, aynı zamanda ölçek ve hassasiyet açısından daha fazla iyileştirme gerektirecektir; belki on yıl sürecektir. Laboratuvar deneylerinin kütleçekim olayını nasıl inceleyebileceğini de araştıran Pikovsky, "Fakat fiziksel bir çıkmaz yok" diyor. "Bunun zor olduğunu düşünüyorum ama imkansız değil."

Bu plan, Teklifin Farklı Aşamaları için Bose ve arkadaşları - Ocean's Eleven Experts'in çalışmasında daha ayrıntılı olarak özetlenmiştir. Örneğin, ortak yazar Gavin Morley, Warwick Üniversitesi'ndeki laboratuvarında ilk adım üzerinde çalışıyor ve mikro elması iki yerde kuantum süperpozisyonuna yerleştirmeye çalışıyor. Bunu yapmak için, mikroelmastaki bir nitrojen atomunu, elmas yapısındaki bir boşluğun (NV merkezi veya elmastaki nitrojenle ikame edilmiş boşluk olarak adlandırılan) yanına yerleştirecek ve onu bir mikrodalga darbesiyle yükleyecek. NV merkezi etrafında dönen bir elektron aynı anda ışığı emer ve emer ve sistem, belirli bir olasılıkla saat yönünde ve belirli bir olasılıkla saat yönünün tersine dönen bir tepe gibi iki dönüş yönünün (yukarı ve aşağı) kuantum süperpozisyonuna girer. Bu süperpozisyon dönüşüyle ​​yüklenen bir mikro elmas, üst dönüşün sola ve alt dönüşün sağa hareket etmesine neden olan bir manyetik alana maruz kalır. Elmasın kendisi iki yörüngenin süperpozisyonuna bölünür.

Tam bir deneyde, bilim adamları tüm bunları ultra soğuk bir vakumda yan yana yerleştirilen iki elmasla (örneğin kırmızı ve mavi) yapacaklardı. Onları tutan tuzak kapatıldığında, her biri iki konumun üst üste bindiği iki mikro elmas, boşlukta dikey olarak düşecek. Elmaslar düşerken her birinin yerçekimini hissedecekler. Yerçekimsel çekimleri ne kadar güçlü olacak?

Eğer yerçekimi bir kuantum kuvvetiyse, cevap şudur: bağlıdır. Mavi elmasın süperpozisyonundaki her bir bileşen, kırmızı pırlantanın süperpozisyonun daha yakın veya daha uzak bir dalında olmasına bağlı olarak, kırmızı pırlantaya karşı daha güçlü veya daha zayıf bir çekim yaşayacaktır. Ve kırmızı elmasın süperpozisyonunun her bir bileşeninin hissedeceği yerçekimi, aynı şekilde mavi elmasın durumuna da bağlıdır.

Her durumda, elmas süperpozisyonlarının gelişen bileşenleri üzerinde değişen derecelerde yerçekimsel çekim etki eder. İki elmas birbirine bağımlı hale gelir, çünkü durumları yalnızca kombinasyon halinde belirlenebilir - eğer bu şu anlama geliyorsa - böylece eninde sonunda iki NV merkezi sisteminin dönüş yönleri ilişkilendirilecektir.

Mikro elmaslar üç saniye boyunca (yerçekimine karışacak kadar uzun bir süre) yan yana düştükten sonra başka bir manyetik alandan geçecekler ve bu da her bir süperpozisyonun dallarını tekrar bir araya getirecek. Deneyin son adımı, Danimarkalı fizikçi Barbara Theral ve diğerleri tarafından geliştirilen dolaşıklık tanık protokolüdür: mavi ve kırmızı elmaslar, NV merkez sistemlerinin dönüş yönlerini ölçen farklı cihazlara girer. (Ölçüm, süperpozisyonların belirli durumlara çökmesine neden olur.) Daha sonra iki sonuç karşılaştırılır. Deneyi tekrar tekrar gerçekleştirerek ve birçok spin ölçümü çiftini karşılaştırarak bilim insanları, iki kuantum sisteminin spinlerinin aslında kuantum mekaniksel olarak dolaşık olmayan nesneler için üst sınırdan daha sık korelasyon gösterip göstermediğini belirleyebilirler. Eğer öyleyse, yerçekimi aslında elmasları dolaştırıyor ve süperpozisyonları destekleyebiliyor.

Blencowe, "Bu deneyin ilginç yanı, kuantum teorisinin ne olduğunu bilmenize gerek olmamasıdır" diyor. "Gerekli olan tek şey, bu bölgede iki parçacık arasındaki kuvvetin aracılık ettiği bir miktar kuantum yönünün olduğunu söylemektir."

Çok fazla teknik zorluk var. Daha önce iki yerde süperpozisyona yerleştirilen en büyük nesne 800 atomlu bir moleküldü. Her bir mikro elmas, gözle görülür bir çekim kuvveti biriktirmeye yetecek kadar 100 milyardan fazla karbon atomu içerir. Kuantum mekaniksel doğasını açığa çıkarmak, düşük sıcaklıklar, derin vakumlar ve hassas kontrol gerektirecektir. Lazer soğutma ve mikroelmas yakalama tekniklerini geliştiren deney ekibinin bir parçası olan Peter Barker, "İlk süperpozisyonu çalışır hale getirmek çok fazla iş gerektiriyor" diyor. Bose, eğer bu bir elmasla yapılabilseydi, "ikincisi sorun olmazdı" diye ekliyor.

Yerçekiminin benzersiz yanı nedir?

Kuantum yerçekimi araştırmacılarının, yerçekiminin dolaşmaya neden olabilecek bir kuantum etkileşimi olduğuna dair hiçbir şüphesi yoktur. Tabii ki, yerçekimi biraz benzersizdir ve uzay ve zamanın kökenleri hakkında hala öğrenilecek çok şey vardır, ancak bilim adamları, kuantum mekaniğinin kesinlikle dahil edilmesi gerektiğini söylüyorlar. MIT'den kuantum yerçekimi araştırmacısı Daniel Harlow, "Gerçekten, fiziğin çoğunun kuantum ve yerçekiminin klasik olduğu bir teorinin ne anlamı var" diyor. Karma kuantum-klasik modellere karşı teorik argümanlar çok güçlüdür (kesin olmasa da).

Öte yandan teorisyenler daha önce de yanılmıştı. “Kontrol edebiliyorsan neden olmasın? Eğer bu, yerçekiminin kuantum doğasını sorgulayan bu insanları susturursa harika olur," diyor Harlow.

Dyson, makaleleri okuduktan sonra şunu yazdı: "Önerilen deney kesinlikle büyük ilgi görüyor ve gerçek bir kuantum sistemi koşulları altında gerçekleştirilmesini gerektiriyor." Ancak yazarların kuantum alanlarıyla ilgili düşünce çizgisinin kendisininkinden farklı olduğunu belirtiyor. "Bu deneyin kuantum kütle çekiminin varlığı sorusunu çözüp çözemeyeceği benim için açık değil. Benim sorduğum soru, tek bir gravitonun gözlenip gözlemlenmediği, farklı bir soru ve farklı bir cevabı olabilir.”

Bose, Marletto ve meslektaşlarının kuantumlaştırılmış kütleçekim hakkındaki düşünceleri Bronstein'ın 1935 gibi erken bir tarihteki çalışmalarından kaynaklanmaktadır. (Dyson, Bronstein'ın çalışmasını daha önce görmediği "güzel bir çalışma" olarak nitelendirdi). Özellikle Bronstein, küçük kütlenin oluşturduğu zayıf yerçekiminin Newton'un kütleçekim yasasıyla yaklaşık olarak tahmin edilebileceğini gösterdi. (Bu, mikroelmasların süperpozisyonları arasında etki eden kuvvettir). Blencowe'a göre, zayıf kuantize edilmiş yerçekimi hesaplamaları, kara deliklerin veya Büyük Patlama'nın fiziğinden kesinlikle daha alakalı olmasına rağmen, özellikle yapılmamıştır. Yeni deneysel önerinin, teorisyenleri Newton'un yaklaşımına incelikli iyileştirmeler aramaya teşvik edeceğini umuyor; gelecekteki masa üstü deneyleri bunu test etmeye çalışabilir.

Stanford Üniversitesi'nde ünlü bir kuantum yerçekimi ve sicim teorisyeni olan Leonard Susskind, önerilen deneyin değerini gördü çünkü "yeni bir kütle ve mesafe aralığında yerçekimi gözlemleri sağlıyor." Ancak kendisi ve diğer araştırmacılar, mikro elmasların kuantum yerçekimi veya uzay-zaman teorisinin tamamı hakkında hiçbir şey ortaya çıkaramayacağını vurguladı. Kendisi ve meslektaşları, bir kara deliğin merkezinde ve Büyük Patlama anında neler olduğunu anlamak istiyorlar.

Belki de yerçekimini nicelemenin neden her şeyden çok daha zor olduğuna dair bir ipucu, doğadaki diğer kuvvetlerin "yerellik" olarak adlandırılan şeye sahip olmasıdır: alanın bir bölgesindeki kuantum parçacıkları (örneğin, elektromanyetik alandaki fotonlar) "bağımsızdır". British Columbia Üniversitesi'nden kuantum yerçekimi teorisyeni Mark van Raamsdonk, "uzayda başka bir bölgedeki diğer fiziksel varlıklar" diyor. "Fakat yerçekiminin bu şekilde çalışmadığına dair pek çok teorik kanıt var."

Van Raamsdonk, kuantum yerçekiminin en iyi sanal alan modellerinde (basitleştirilmiş uzay-zaman geometrileriyle), uzay-zaman dokusunun şeridinin bağımsız üç boyutlu parçalara bölündüğünü varsaymanın imkansız olduğunu söylüyor. Bunun yerine modern teori, uzayın altında yatan temel bileşenlerin "daha ziyade iki boyutlu bir şekilde organize edildiğini" öne sürüyor. Uzay-zamanın dokusu bir holograma veya bir video oyununa benzeyebilir. "Resim üç boyutlu olmasına rağmen bilgi iki boyutlu bir bilgisayar çipinde saklanıyor." Bu durumda üç boyutlu dünya, farklı kısımlarının o kadar da bağımsız olmaması anlamında bir yanılsama olacaktır. Bir video oyunu benzetmesinde, iki boyutlu bir çip üzerindeki birkaç bit, tüm oyun evreninin küresel işlevlerini kodlayabilir.

Ve bu fark, yerçekiminin kuantum teorisini oluşturmaya çalıştığınızda önemlidir. Bir şeyi nicelemeye yönelik olağan yaklaşım, onun bağımsız parçalarını (örneğin parçacıkları) tanımlamak ve sonra onlara kuantum mekaniğini uygulamaktır. Ancak doğru bileşenleri tanımlamazsanız yanlış denklemlerle karşılaşırsınız. Bronstein'ın yapmak istediği üç boyutlu uzayın doğrudan kuantizasyonu, zayıf yerçekimi ile bir dereceye kadar işe yarıyor, ancak uzay-zaman oldukça kavisli olduğunda işe yaramaz olduğu ortaya çıkıyor.

Bazı uzmanlar kuantum kütle çekiminin “gülümsemesine” tanık olmanın bu tür soyut muhakeme için motivasyona yol açabileceğini söylüyor. Sonuçta kuantum kütle çekiminin varlığına dair en gürültülü teorik argümanlar bile deneysel gerçeklerle desteklenmiyor. Van Raamsdonk araştırmasını bilimsel bir toplantıda açıkladığında, bunun genellikle yerçekiminin kuantum mekaniği ile nasıl yeniden düşünülmesi gerektiğine dair bir hikaye ile başladığını söylüyor çünkü uzay-zamanın klasik tanımı kara delikler ve Büyük Patlama ile çelişiyor.

"Fakat bu basit deneyi yaparsanız ve çekim alanının süperpozisyonda olduğunu gösterirseniz, klasik tanımlamanın başarısızlığı açıkça ortaya çıkar. Çünkü yerçekiminin kuantum olduğunu ima eden bir deney olacak.”

Quanta Magazine'deki materyallere dayanmaktadır

E.S.,
, UIOP, Lysva, Perm bölgesi ile Belediye eğitim kurumu orta öğretim okulu No. 16.

Kuantum Fiziğinin Doğuşu

Her şeyin başlangıcını bulun ve çok şey anlayacaksınız!
Kozma Prutkov

Dersin eğitim amacı: Maddenin ayrıklığı kavramını tanıtın, maddenin kuantum-dalga dualizmi kavramını formüle edin, Planck formüllerinin ve de Broglie dalga boyunun tanıtımını gerekçelendirin.

Dersin gelişimsel hedefi: Mantıksal düşünmeyi, durumları karşılaştırma ve analiz etme yeteneğini geliştirin ve disiplinler arası bağlantıları görün.

Dersin eğitim amacı: diyalektik-materyalist düşünceyi oluşturmak.

Bir bilim olarak fizik, evrensel insani değerlere ve muazzam insani potansiyele sahiptir. Çalışması sırasında temel bilimsel yöntemler ortaya çıkarılır (bilimsel deney, modelleme, düşünce deneyi, bilimsel teorinin oluşturulması ve yapısı). Dünyanın sonsuzluğunu ve sürekli değişimini anlamak için öğrencilere dünyaya bir fizikçinin gözüyle bakma fırsatı verilmelidir; içinde çok büyük ve önemsiz derecede küçük, çok hızlı ve alışılmadık derecede yavaş şeylerin olduğu bir dünya. , basit ve anlaşılması zor - insanın en derin tatmini sağlayan bilgiye olan sürekli arzusunu hissetmek, "bilimsel şüpheler" konusundaki derin deneyim örnekleriyle tanışmak ve zarafet, kısalık ve netlik arayışı içinde alışılmadık bir yolda cesur hareket etmek .

BEN. Öğretmen. Optik okumaya başladığımızda şu soruyu sordum: “Işık nedir?” Şimdi buna nasıl cevap verirsiniz? Düşüncenizi bir cümleyle formüle etmeye çalışın. F.I.'den "Işık..." sözleriyle başlayın. Tyutchev'in şu satırları var: "Yine açgözlü gözlerle // Hayat veren Işığı içerim." Lütfen bu satırları fizik açısından yorumlamaya çalışın. Homeros'tan günümüze şiirde ışığın yarattığı duyumlara her zaman özel bir yer verilmiştir. Çoğu zaman şairler ışığı özel, parlak, parlak bir sıvı olarak algıladılar.

Işıkla ilgili bugünkü konuşmayı tamamlamak için S.I.'nin sözlerini okumak istiyorum. Vavilova: “Ancak, asla nihai zaferle sonuçlanmayan, hakikat uğruna sürekli ve muzaffer bir savaşın tartışılmaz bir gerekçesi vardır. Işığın doğasını anlama yolunda insana mikroskoplar, teleskoplar, telemetreler, radyolar ve X-ışınları verildi; bu araştırma atom çekirdeğinin enerjisine hakim olmaya yardımcı oldu. Gerçeği arayan insan, doğaya hakimiyet alanlarını sınırsızca genişletir. Bilimin asıl görevi bu değil mi? (vurgu benimki. – AB.)»

II. Öğretmen. Fiziği inceleme sürecinde MCT, termodinamik, Maxwell'in elektromanyetik alan teorisi vb. Gibi birçok teoriyle tanıştık. Bugün dalga optiği çalışmasını tamamlıyoruz. Konuyla ilgili çalışmayı özetlemeli ve belki de şu soruya son bir nokta koymalıyız: "Işık nedir?" Doğayı anlama sürecinde teorinin rolünü göstermek için dalga optiğinden örnekler kullanabilir misiniz?

Teorinin öneminin yalnızca birçok fenomeni açıklamaya izin vermesi değil, aynı zamanda yeni, henüz bilinmeyen fiziksel fenomenleri, cisimlerin ve kalıpların özelliklerini tahmin etmeyi mümkün kılması gerçeğinde yattığını hatırlayalım. Böylece dalga teorisi, ışığın girişim, kırınım, polarizasyon, kırılma, dağılımı olaylarını açıkladı ve "kalemin ucunda bir keşif" - bir tahmin yapmayı mümkün kıldı. 1815 yılında, adı bilinmeyen emekli bir mühendis olan Augustin Fresnel, Paris Bilimler Akademisi'ne kırınım olayını açıklayan bir makale sundu. Çalışmanın analizi ünlü bilim adamlarına - fizikçi D. Arago ve matematikçi S. Poisson'a emanet edildi. Bu çalışmayı tutkuyla okuyan Poisson, Fresnel'in vardığı sonuçlarda apaçık bir saçmalık keşfetti: Eğer küçük, yuvarlak bir hedef bir ışık akışının içine yerleştirilirse, o zaman gölgenin ortasında bir ışık noktası görünmelidir! Sizce sonra ne oldu? Birkaç gün sonra Arago deney yaptı ve Fresnel'in haklı olduğunu keşfetti! Yani 19. yüzyıl, dalga optiğinin zafer yüzyılıdır.

Işık nedir? Işık elektromanyetik enine bir dalgadır.

Işığın ve elektromanyetik dalgaların doğasıyla ilgili geniş bir fizik bölümünün çalışmasını bitirerek, "Elektromanyetik dalgalar" test görevini bağımsız olarak tamamlamayı öneriyorum (bkz. Ek 1). Yürütmeyi önden kontrol ediyoruz.

III. Öğretmen. Ve 1900 yılının arifesinde Londra gazeteleri şunu yazıyordu: “Londra sokaklarında loş yağ çanakları yerine parlak ampullerin şenlikli aydınlatması yandığında, taksiler Fleet Caddesi'ndeki antik binaya birbiri ardına yaklaştı. Cüppeler giymiş saygın beyler, geniş, parlak bir şekilde aydınlatılmış merdivenlerden salona çıktılar. Daha sonra Londra Kraliyet Cemiyeti üyeleri bir sonraki toplantı için bir araya geldi. Uzun boylu, kır saçlı, kalın sakallı Sir William Thomson (fizik alanındaki başarılarını biliyor musunuz? - AB.), sekiz yıl önce Kraliçe Victoria'nın elinden akran ve Lord Kelvin unvanı verildi (bu isim size tanıdık geliyor mu? - AB.) ve şimdi de derneğin başkanı, yeni yıl konuşmasına başladı. 19. yüzyılın büyük fizikçisi, geçtiğimiz yüzyılda elde edilen başarılara dikkat çekti, mevcut olanların erdemlerini sıraladı...

Toplananlar onaylar şekilde başlarını salladılar. Mütevazı olmak gerekirse iyi bir iş çıkardılar. Ve Sir William, fiziğin görkemli binasının inşa edildiğini, yalnızca küçük son rötuşların kaldığını söylerken haklıydı.

Doğru (Lord Kelvin konuşmasını bir anlığına kesti), fiziğin bulutsuz ufkunda iki küçük bulut var, klasik fizik açısından henüz bir açıklama bulamayan iki problem... Ancak bu olaylar geçici ve geçicidir. Yüksek arkalıklı antika sandalyelere sakin bir şekilde yerleşen beyler gülümsedi. Herkes neden bahsettiğimizi biliyordu:

1) klasik fizik, Michelson'un Dünya'nın hareketinin ışık hızı üzerindeki etkisini belirlemeyen deneylerini açıklayamadı. Tüm referans sistemlerinde (Dünya'ya göre hareket eden ve duran) ışığın hızı aynıdır - 300.000 km/s;

2) klasik fizik deneysel olarak elde edilen kara cisim ışınımının grafiğini açıklayamadı.”

Sir William, yakında bu bulutlardan ne tür bir yıldırımın düşeceğini hayal bile edemiyordu! İleriye baktığımda şunu söyleyeceğim: İlk sorunun çözümü, uzay ve zamana ilişkin klasik fikirlerin revizyonuna, görelilik teorisinin yaratılmasına yol açacaktır; ikinci sorunun çözümü, yeni bir teorinin yaratılmasına yol açacaktır. - kuantum. Bu, bugünkü derste tartışılacak olan ikinci problemin çözümüdür!

IV. (Öğrenciler defterlerine not alırlar: Tarih Ders No. Ders konusu: “Kuantum Fiziğinin Kökeni.”) 19. ve 20. yüzyılların başında. Fizikte acilen çözülmesi gereken bir sorun ortaya çıktı: Tamamen siyah bir cismin radyasyon grafiğinin teorik açıklaması. Mükemmel siyah cisim nedir? ( Öğrencilerin hipotezleri. “Termal Radyasyon” video klibinin gösterimi .)

Öğretmen.Şunu yazın: "Tamamen siyah bir cisim, gelen radyasyon akışının tamamını, herhangi bir dalga boyundaki (herhangi bir frekans) tüm elektromanyetik dalgaları yansımadan absorbe edebilen bir cisimdir."

Ancak kesinlikle siyah cisimlerin bir özelliği daha var. Ekvator bölgelerinde neden siyah tenli insanların yaşadığını hatırlıyor musunuz? "Siyah cisimler ısıtılırsa diğer cisimlerden daha parlak parlarlar, yani tüm frekans aralıklarında enerji yayarlar", bunu not defterlerinize yazın.

Bilim adamları tamamen siyah bir cismin radyasyon spektrumunu deneysel olarak belirlediler. ( Bir grafik çizer.) Rν – enerjik parlaklığın spektral yoğunluğu – birim frekans aralığında ν bir vücudun birim yüzey alanından birim zaman başına yayılan elektromanyetik radyasyonun enerjisi. Maxwell'in elektromanyetik alan teorisi, elektromanyetik dalgaların varlığını öngördü, ancak bu teoriye dayanarak oluşturulan teorik kara cisim radyasyon eğrisi, yüksek frekans bölgesindeki deneysel eğri ile bir tutarsızlık gösterdi. O zamanın en iyi beyinleri sorun üzerinde çalıştı: İngiliz Lord Rayleigh ve J. Jeans, Alman P. Kirchhoff ve V. Wien, Moskova profesörü V.A. Mikhelson. Hiçbir şey işe yaramadı!

Mevcut durumdan bir çıkış yolu sunun. Teorik eğri deneysel olandan farklıdır. Nasıl olunur ve ne yapılmalı? ( Öğrenciler hipotezleri ifade ederler: Deneyleri daha dikkatli yapın - yaptılar, sonuç aynı; teoriyi değiştirin - ama bu bir felaket, binlerce yıl boyunca yaratılan klasik fiziğin tüm temeli çöküyor!) Fizikte yaratılan duruma denir ultraviyole felaketi.

Şunu yazın: "Klasik fizik yöntemlerinin, tamamen siyah bir cismin yüksek frekans bölgesindeki radyasyonunu açıklamakta yetersiz kaldığı ortaya çıktı - bu bir" ultraviyole felaketti ".

Bu krize neden bu adın verildiğini kim tahmin edebilir? ultraviyole felaketi, kızılötesi ya da mor değil mi? Fizikte kriz çıktı! Yunanca kelime κρίση [ Bir kriz] bir kararlı durumdan diğerine zor bir geçişi ifade eder. Sorunun acilen çözülmesi gerekiyordu, hem de çözülmesi gerekiyordu!

V.Öğretmen. Ve böylece 19 Ekim 1900'de Fizik Derneği'nin bir toplantısında Alman bilim adamı M. Planck, formülün tamamen siyah bir cismin radyasyonunu hesaplamak için kullanılmasını önerdi. E = saat V. Planck'ın arkadaşı ve meslektaşı Heinrich Rubens bütün gece masasında oturdu, ölçümlerini Planck formülünün verdiği sonuçlarla karşılaştırdı ve hayrete düştü: Arkadaşının formülü tamamen siyah bir cismin radyasyon spektrumunu en küçük ayrıntısına kadar tanımlıyordu! Yani Planck'ın formülü "ultraviyole felaketi"ni ortadan kaldırdı, ama ne pahasına olursa olsun! Planck, yerleşik görüşlerin aksine, madde atomları tarafından yayılan enerjinin ayrı ayrı, yani kuantum kısımlar halinde meydana geldiğini düşünmeyi önerdi. "Kuantum" ( nicelik) Latince'den tercüme edildiğinde basitçe şu anlama gelir: miktar .

"Ayrık" ne anlama geliyor? Bir düşünce deneyi yapalım. Elinizde su dolu bir kavanoz olduğunu hayal edin. Yarısını dökmek mümkün mü? Bir yudum almaya ne dersiniz? Ve hatta daha az mı? Prensip olarak suyun kütlesini isteğe bağlı olarak küçük bir miktarda azaltmak veya artırmak mümkündür. Şimdi elimizde her biri 100 gramlık bir kutu çocuk küpü olduğunu hayal edelim. Örneğin 370 gr'ı azaltmak mümkün mü? HAYIR! Küpleri kıramazsınız! Bu nedenle, kutunun kütlesi yalnızca 100 g'ın katları olan kısımlarda ayrı ayrı değişebilir! Kutunun kütlesinin değiştirilebileceği en küçük miktara ne ad verilir? porsiyon, veya kütle kuantumu.

Böylece, ısıtılmış siyah gövdeden sürekli bir enerji akışı, ayrı bölümlerden (enerji kuantasından) oluşan bir "makineli tüfek patlamasına" dönüştü. Özel bir şey yok gibi görünüyor. Ancak aslında bu, klasik fiziğin mükemmel bir şekilde inşa edilmiş yapısının tamamının yıkılması anlamına geliyordu; çünkü Planck, süreklilik ilkesi üzerine inşa edilen temel temel yasalar yerine ayrıklık ilkesini önerdi. Planck'ın kendisi de ayrıklık fikrinden hoşlanmadı. Teoriyi tamamen klasik fiziğin çerçevesine uyacak şekilde formüle etmeye çalıştı.

Ancak tam tersine, klasik fikirlerin sınırlarını daha da kararlı bir şekilde aşan bir kişi vardı. Bu adam A. Einstein'dı. Einstein'ın görüşlerinin devrimci doğasını anlamanız için, sadece Planck'ın fikrini kullanarak lazer teorisinin (kuantum jeneratörleri) ve atom enerjisini kullanma ilkesinin temellerini attığını söyleyeceğim.

Akademisyen S.I. Çok uzun bir süre Vavilov, ışığın bir kuantum maddesi olduğu fikrine alışamadı, ancak bu hipotezin ateşli bir hayranı oldu ve hatta kuantumu gözlemlemenin bir yolunu buldu. Gözün 52 kuantumluk yeşil ışığın yarattığı aydınlatmayı ayırt edebildiğini hesapladı.

Yani Planck'a göre ışık... ( öğrenci ifadeleri).

VI. Öğretmen. Planck'ın hipotezi size ışığın doğası hakkında zaten bilinen hipotezi hatırlatmıyor mu? Sir Isaac Newton, ışığın küçük parçacıklardan (parçacıklardan) oluştuğunu düşünmeyi önerdi. Herhangi bir ışıklı cisim onları her yöne yayar. Düz bir çizgide uçuyorlar ve gözümüze çarptıklarında kaynaklarını görüyoruz. Her renk kendi taneciklerine karşılık gelir ve büyük olasılıkla farklı kütlelere sahip olmaları nedeniyle farklılık gösterirler. Parçacıkların birleşik akışı beyaz ışık yaratır.

Sir Isaac Newton'un zamanında fiziğe doğa felsefesi deniyordu. Neden? Diyalektiğin temel yasalarından birini - olumsuzlamanın olumsuzlanması yasasını okuyun (bkz. Ek 2). Bunu ışığın doğası sorununa uygulamayı deneyin. ( Öğrencilerin muhakemesi.)

Yani, M. Planck'ın hipotezine göre ışık, her biri enerjiye sahip olan parçacıklardan, parçacıklardan, kuantumlardan oluşan bir akıştır. E = saat V. Lütfen bu formülü analiz edin: ν nedir? Ne oldu H (Öğrencilerden biri kesinlikle bunun Planck'ın adını taşıyan bir çeşit sabit olduğunu öne sürecektir.)? Planck sabitinin birimi nedir? sabitin değeri nedir ( fiziksel sabitler tablosuyla çalışma)? Planck sabitinin adı nedir? Planck sabitinin fiziksel anlamı nedir?

Planck'ın formülünün güzelliğini anlamak için problemlere dönelim... biyoloji. Öğrencileri biyoloji alanındaki soruları yanıtlamaya davet ediyorum (Ek 3).

Görme mekanizması. Görme yoluyla dünya hakkındaki bilgilerin yaklaşık %90'ını alırız. Bu nedenle görme mekanizması sorusu her zaman insanların ilgisini çekmiştir. Neden insan gözü ve aslında Dünya'da yaşayanların çoğu, doğada var olan elektromanyetik radyasyon spektrumundan yalnızca küçük bir dalga aralığını algılıyor? Peki ya bir kişinin, örneğin çukur yılanları gibi kızılötesi görüşü varsa?

Gündüz olduğu gibi geceleri de tüm organik cisimleri görebiliriz çünkü sıcaklıkları cansız cisimlerin sıcaklığından farklıdır. Ancak bizim için bu tür ışınların en güçlü kaynağı kendi bedenimiz olacaktır. Göz kızılötesi radyasyona duyarlıysa, Güneş'in ışığı bizim için kendi radyasyonunun arka planında kaybolacaktır. Hiçbir şey görmezdik, gözlerimiz işe yaramazdı.

Gözlerimiz neden kızılötesi ışığa tepki vermiyor? Kızılötesi ve görünür ışığın kuantumunun enerjisini aşağıdaki formülü kullanarak hesaplayalım:

IR kuantumunun enerjisi görünür ışık kuantumunun enerjisinden daha azdır. Birkaç kuantum bir kuantumun gücünün ötesinde bir eyleme neden olacak şekilde "bir araya gelemez"; mikro dünyada bir kuantum ile parçacık arasında bire bir etkileşim vardır. Yalnızca kızılötesi ışıktan daha büyük bir enerjiye sahip olan görünür ışığın bir kuantumu, rodopsin molekülünde, yani retina çubuğunda bir reaksiyona neden olabilir. Görünür bir ışık kuantumunun retina üzerindeki etkisi, çok katlı bir binayı hareket ettiren bir tenis topunun etkisiyle karşılaştırılabilir. (Retinanın hassasiyeti o kadar yüksektir ki!)

Göz neden ultraviyole radyasyona tepki vermiyor? UV ışınımı da gözle görülmez, ancak UV kuantumunun enerjisi görünür ışık kuantumununkinden çok daha fazladır. Retina UV ışınlarına karşı hassastır, ancak bunlar mercek tarafından emilir, aksi takdirde yıkıcı etkisi olur.

Evrim sürecinde, canlı organizmaların gözleri, Dünya'daki en güçlü kaynaktan - Güneş'ten - gelen radyasyon enerjisini ve tam olarak Dünya'ya gelen güneş radyasyonunun maksimum enerjisini oluşturan dalgaları algılamaya adapte olmuştur.

Fotosentez. Yeşil bitkilerde tüm canlıların nefes almak ve beslenmek için oksijen alma süreci bir an bile durmaz. Bu fotosentezdir. Yaprak, hücrelerinde klorofil bulunması nedeniyle yeşil bir renge sahiptir. Fotosentez reaksiyonları, spektrumun kırmızı-mor kısmındaki radyasyonun etkisi altında meydana gelir ve spektrumun yeşil kısmına karşılık gelen frekanstaki dalgalar yansıtılır, böylece yapraklar yeşil bir renge sahip olur.

Klorofil molekülleri, ışık enerjisini organik maddelerin enerjisine dönüştürmenin eşsiz sürecinden "sorumludur". Bir miktar ışığın bir klorofil molekülü tarafından emilmesiyle başlar. Bir miktar ışığın emilmesi, birçok birimi içeren fotosentezin kimyasal reaksiyonlarına yol açar.

Klorofil molekülleri gün boyu bir kuantum alarak enerjisini kullanarak onu bir elektronun potansiyel enerjisine dönüştürdüğü gerçeğiyle "meşguldür". Hareketleri, topu merdivenden yukarı kaldıran bir mekanizmanın hareketine benzetilebilir. Basamaklardan aşağı yuvarlanan top enerjisini kaybeder ancak kaybolmaz, fotosentez sırasında oluşan maddelerin iç enerjisine dönüşür.

Klorofil molekülleri yalnızca gündüz saatlerinde, görünür ışık onlara çarptığında "çalışır". Elektromanyetik radyasyon sıkıntısı olmamasına rağmen geceleri "dinlenirler": Dünya ve bitkiler kızılötesi ışık yayar, ancak bu aralıktaki kuantumun enerjisi fotosentez için gerekenden daha azdır. Evrim sürecinde bitkiler, Dünya'daki en güçlü enerji kaynağı olan Güneş'in enerjisini biriktirmeye adapte olmuşlardır.

Kalıtım.(Öğrenciler Ek 3, “Kalıtım” kartındaki 1-3. soruları cevaplarlar.). Organizmaların kalıtsal özellikleri DNA moleküllerinde kodlanır ve nesilden nesile matris yoluyla aktarılır. Mutasyona nasıl neden olunur? Hangi radyasyonun etkisi altında mutasyon süreci meydana gelir?

Tek bir mutasyonun oluşması için DNA molekülüne, DNA geninin bir kısmının yapısını değiştirecek kadar enerji verilmesi gerekir. Biyologların ifadesiyle γ-kuantum ve X-ışınlarının oldukça mutajenik– kuantaları, DNA’nın bir bölümünün yapısını değiştirmeye yetecek kadar enerji taşır. Görünüşe göre IR radyasyonu böyle bir eylemi gerçekleştiremez; frekansları ve dolayısıyla enerjileri çok düşüktür. Şimdi, eğer elektromanyetik alanın enerjisi kısımlar halinde değil sürekli olarak emilseydi, o zaman bu radyasyonlar DNA'yı etkileyebilirdi çünkü üreme hücreleriyle ilgili olarak organizmanın kendisi en yakın ve en güçlü, sürekli çalışan enerji kaynağıdır. radyasyon.

30'lu yılların başında. XX yüzyıl Kuantum mekaniğinin başarıları sayesinde fizikçiler öyle bir güç hissine kapıldılar ki, hayata yöneldiler. Genetik açıdan pek çok benzerlik vardı. Biyologlar, bir durumdan diğerine geçebilen ayrı, bölünmez bir parçacık (bir gen) keşfettiler. Genlerin konfigürasyonundaki değişiklikler, mutasyonlara neden olan kromozomlardaki değişikliklerle ilişkilidir ve bunun kuantum kavramları temelinde açıklanmasının mümkün olduğu ortaya çıktı. Bakteri ve bakteriyofajlarda mutasyon süreçleri alanında yaptığı araştırmalarla Nobel Ödülü'nü alan moleküler biyolojinin kurucularından biri Alman teorik fizikçi M. Delbrück'tü. 1944 yılında fizikçi E. Schrödinger'in “Hayat Nedir?” adlı kısa kitabı yayımlandı. Genetiğin temellerinin açık ve kısa bir sunumunu yaptı ve genetik ile kuantum mekaniği arasındaki bağlantıyı ortaya çıkardı. Kitap fizikçilerin gene saldırmasına ivme kazandırdı. Amerikalı fizikçiler J. Watson, F. Crick ve M. Wilkins'in çalışmaları sayesinde biyologlar, en temel "canlı" molekül olan DNA'nın nasıl "yapılandırılmış" olduğunu öğrendiler. X-ışını kırınım analizi bunu görmeyi mümkün kıldı.

VII. Öğretmen. Soruya dönüyorum: Işık nedir? ( Öğrenci cevaplar.) Fiziğin, ışığın bir dalga olduğu fikrini reddederek Newton'un ışık parçacığına - cisimcik - geri döndüğü ortaya çıktı. HAYIR! Işığın dalga teorisinin tüm mirasının üzerini çizmek imkansızdır! Sonuçta, ışığın bir dalga olduğunu deneysel olarak doğrulayan kırınım, girişim ve diğer birçok fenomen uzun zamandır bilinmektedir. Ne yapmalıyım? ( Öğrencilerin hipotezleri.)

Geriye tek bir şey kalıyor: Dalgaları parçacıklarla bir şekilde birleştirmek. Işığın dalga özellikleri sergilediği bir fenomen çemberi olduğunu ve ışığın parçacık özünün ilk önce geldiği başka bir çember olduğunu kabul edin. Başka bir deyişle – yazın! – ışık var kuantum dalga ikiliği! Bu ışığın ikili doğasıdır. Fizikçiler için şimdiye kadar birbiriyle uyumsuz olan iki fikri tek bir fikirde birleştirmek çok zordu. Parçacık katı, değişmez, belirli bir boyuta sahip, uzayda sınırlı bir şeydir. Dalga, net sınırları olmayan, akışkan, kararsız bir şeydir. Aşağı yukarı açık bir şekilde, bu fikirler bir dalga paketi kavramı kullanılarak birbirine bağlandı. Bu, her iki ucu da "kesilen" bir dalgaya, daha doğrusu uzayda tek bir bütün olarak dolaşan bir grup dalgaya benzer. Pıhtı girdiği ortama göre küçülebilir veya uzayabilir. Uçan bir yayı andırıyor.

Işık bir ortamdan diğerine geçtiğinde dalga paketinin hangi özelliği değişir? ( Öğrenci cevaplar.)

1927'de Amerikalı fizikçi Lewis bu dalga paketine "dalga paketi" adını vermeyi önerdi. foton(Yunanca φωτóς'dan [phos, fotoğraflar] – ). Foton nedir? ( Öğrenciler ders kitabıyla çalışır ve sonuçlar çıkarırlar.)

Sonuçlar. Bir foton: bir kuantum elektromanyetik radyasyondur; kütlesiz bir parçacıktır; dinlenme halindeki bir foton mevcut değildir; boşlukta ışık hızında hareket eden bir parçacıktır. C= 3 10 8 m/s tek bir bütündür ve bölünemez, fotonun kesirli bir kısmının varlığı imkansızdır; enerjili bir parçacık E = saat nerede H= 6,63 · 10 -34 J · s; ν ışığın frekansıdır; momentuma sahip bir parçacık elektriksel olarak nötr bir parçacıktır.

Dünya, ışığın maddeyle etkileşimini ele alana kadar bize çoğu zaman dalga doğasını gösterecek şekilde yapılandırılmıştır. Ve atomlar arası bağların, transfer süreçlerinin, elektriksel direncin vb. doğasını dikkate almaya başlayana kadar madde, önümüze parçacık biçiminde görünür. Ancak her andaki konumumuz ne olursa olsun, bir mikropartikül her iki özelliğe de sahiptir.

Kuantum teorisini ve özellikle de kuantum ışık teorisini yaratma süreci derinden diyalektiktir. Yeni fikirlerle zenginleştirilmiş, yaratıcı bir şekilde fiziksel gerçekliğe uygulanan eski, klasik mekanik ve optik fikirleri ve görüntüleri, sonuçta temelde yeni bir fiziksel teoriye yol açtı.

Egzersiz yapmak: Felsefi birlik ve karşıtların mücadelesi yasasını okuyun ve iki ışık teorisine ilişkin bir sonuca varın: ışığın dalga ve kuantum teorileri.

VIII. Öğretmen. 1924'te Fransız fizikçi Louis de Broglie (eski bir askeri telsiz telgraf operatörü), o zamanın cesur fizikçileri için bile atom parçacıklarının hareketinin doğası hakkındaki düşüncelerini tamamen paradoksal olarak ifade etti. De Broglie, elektronların ve diğer parçacıkların özelliklerinin prensipte kuantumun özelliklerinden farklı olmadığını öne sürdü! Bundan, elektronların ve diğer parçacıkların da dalga özellikleri sergilemesi gerektiği, örneğin elektron kırınımının gözlemlenmesi gerektiği sonucu çıktı. Ve aslında 1927'de Amerikalı fizikçiler K.-J. tarafından birbirinden bağımsız olarak gerçekleştirilen deneylerde keşfedildi. Davisson ve L. Germer, Sovyet fizikçi P.S. Tartakovsky ve İngiliz fizikçi J.-P. Thomson. De Broglie dalga boyu aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

De Broglie dalga boyunu hesaplamak için problemleri çözelim (Ek 4).

Hesaplamaların gösterdiği gibi, bir atomun içinde 0,01 hızla hareket eden değerlik elektronu İle iyonik kristal kafes üzerinde dalga boyu ~10 -10 m olan bir dalga olarak kırılır ve yaklaşık 500 m/s hızla uçan bir merminin dalga boyu yaklaşık 10 -34 m'dir. Bu kadar küçük bir dalga boyu kaydedilemez herhangi bir şekilde ve dolayısıyla mermi gerçek bir parçacık gibi davranır.

Bilimin başlangıcından beri maddenin ayrıklığı ve sürekliliği fikirleri arasındaki mücadele, her iki fikrin temel parçacıkların ikili özellikleri fikrinde birleşmesi ile sona erdi. Elektronların dalga özelliklerinin kullanılması, mikroskopların çözünürlüğünün önemli ölçüde arttırılmasını mümkün kılmıştır. Elektronun dalga boyu hıza ve dolayısıyla elektronları hızlandıran voltaja bağlıdır (Ek 4'teki problem 5'e bakın). Çoğu elektron mikroskobunda de Broglie dalga boyu, ışığın dalga boyundan yüzlerce kat daha küçüktür. Tek moleküllere kadar daha küçük nesneleri bile görmek mümkün hale geldi.

Kuantum fiziğinin büyük yapısının temeli olan dalga mekaniği doğdu. De Broglie, ışığın girişimi ve kırınımı teorisinin temellerini attı, Planck formülünün yeni bir türetilmesini sağladı ve parçacıkların hareketi ile onlarla ilişkili dalgalar arasında derin bir ilişki kurdu.

Herhangi bir teoriyi incelerken her zaman bu teorinin uygulanabilirliğinin sınırlarına dikkat ettik. Kuantum teorisinin uygulanabilirliğinin sınırları henüz belirlenmemiştir, ancak ölçüm cihazları bireysel kuantumları (enerji) kaydetmeyi mümkün kıldığında, uzayın küçük bölgelerinde ve yüksek elektromanyetik dalga frekanslarında mikropartiküllerin hareketini tanımlamak için kanunları uygulanmalıdır. ~10 -16J). Bu nedenle, kuantumun enerjisi yukarıda belirlenen limitten iki kat daha büyük olan madde ve X-ışını radyasyonunun etkileşimini tanımlamak için kuantum fiziği yasalarını uygulamak ve kuantum fiziğinin özelliklerini açıklamak gerekir. radyo dalgaları, klasik elektrodinamik yasaları oldukça yeterlidir. Kuantum teorisinin ana “test alanının” atom fiziği ve atom çekirdeği olduğu unutulmamalıdır.

Bugünkü dersimizi bitirirken size bir kez daha şu soruyu soruyorum: Işık nedir? ( Öğrenci cevaplar.)

Edebiyat

1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Fizik. 11. sınıf: eğitici. genel eğitim kurumları için: temel ve profesyonel. seviyeleri. M.: Eğitim, 2009.
2. Halk eğitimi için video ansiklopedisi. Lennauchfilm. Video stüdyosu "Kvart". [Elektronik kaynak] Kaset No. 2 “Termal radyasyon”.
3. Tomilin A.N. Köken arayışında: bilimsel-pop. baskı. L.: Det. edebiyat, 1990.
4. Kuantum mekaniği. Kuantum elektrodinamiği // Encycl. sl. genç fizikçi / Comp. V.A. Chuyanov. M.: Pedagoji, 1984.
5. Koltun M. Fizik Dünyası. M.: Det. edebiyat, 1984.
6. Solopov E.F. Felsefe: ders kitabı. öğrencilere yardım daha yüksek ders kitabı kuruluşlar. M.: Vlados, 2003.
7. Ilchenko V.R. Fizik, kimya ve biyolojinin kavşağı: kitap. Öğrenciler için. M.: Eğitim, 1986.
8. Katz Ts.B. Fizik derslerinde biyofizik: kitap. öğretmen için. M.: Eğitim, 1988.

Elena Stepanovna Uvitskaya– Tula Devlet Pedagoji Enstitüsü'nden mezun olan en yüksek yeterlilik kategorisindeki fizik öğretmeni. L.N. Tolstoy 1977'de Urallara, küçük sanayi kasabası Lysva'ya atandı ve halen burada çalışıyor. Rusya Federasyonu genel eğitim fahri çalışanı, fizik ve matematik öğretmenleri için Tüm Rusya yarışmasının (Hanedan Vakfı) galibi. Mezunlar uzun yıllardır Birleşik Devlet Sınavını başarıyla geçerek Moskova, St. Petersburg, Yekaterinburg ve Perm'deki üniversitelere girmektedir. Bir keresinde, Zümrüt Tablet'i okuduktan sonra, efsanevi Hermes fikrinin günümüzdeki geçerliliği beni çok etkiledi: Evrenimizdeki her şey, nesne, süreç, birbirinin ve tek bir bütünün özelliklerini taşır. O zamandan beri disiplinler arası bağlantılara ve analojilere büyük önem veriyor: fizik ve biyoloji, fizik ve matematik, fizik ve edebiyat ve şimdi de fizik ve İngilizce. Özellikle ilkokulda öğrencilerle bilimsel çalışmalar yapıyor: Elektrik nerede yaşıyor? Sıradan su neden bu kadar sıradışı? Yıldızların gizemli dünyası nasıl bir yer? Ailenin her ikisi de Perm Devlet Teknik Üniversitesi'nden mezun olan iki oğlu var. Küçük olan mühendis, kıdemli olan karate-do öğretmeni, siyah kuşak sahibi, ikinci dan, birden fazla Rusya şampiyonu, Japonya'daki Dünya Şampiyonasına katılmış. Öğretmenin başarısı, bir elektrik mühendisi olan kocasının eğitim alarak yardımı olmasaydı imkansız olurdu: deneyler geliştirmek ve yürütmek, yeni cihazlar yaratmak ve sadece çeşitli yaşam durumlarında yardımcı olacak destek ve tavsiyeler.

Tüm başvurular . – Ed.

Maxwell'in teorisinin rolü ünlü fizikçi Robert Feynman tarafından en iyi şekilde ifade edilmiştir: “İnsanlık tarihinde (örneğin 10.000 yıl sonrasına bakarsak) 19. yüzyılın en önemli olayı şüphesiz Maxwell'in keşfi olacaktır. elektrodinamik yasaları. Bu önemli bilimsel keşfin arka planında, aynı on yıldaki Amerikan İç Savaşı küçük bir eyalet olayı gibi görünecek."

Planck uzun süre beşeri bilimleri mi yoksa fiziği mi seçeceği konusunda tereddüt etti. Planck'ın tüm eserleri zarafet ve güzellikle öne çıkıyor. A. Einstein onlar hakkında şunları yazmıştı: "Onun eserlerini incelerken, sanat gereksiniminin yaratıcılığının ana kaynaklarından biri olduğu izlenimine kapılıyoruz."

Dersin Hedefleri:

Eğitim: Öğrencilerde fotoelektrik etki hakkında bir fikir oluşturmak ve uyduğu yasalarını incelemek; sanal bir deney kullanarak fotoelektrik etkinin yasalarını test edin.

Gelişimsel: mantıksal düşünmeyi geliştirin.

Eğitim: sosyalliği (iletişim kurma yeteneği), dikkati, aktiviteyi, sorumluluk duygusunu teşvik etmek, konuya ilgi uyandırmak.

Dersler sırasında

I. Organizasyon anı.

– Bugünkü dersin konusu “Fotoğraf efekti”.

Bu ilginç konuyu ele alırken “Kuantum Fiziği” bölümünü incelemeye devam edeceğiz, ışığın madde üzerinde ne gibi bir etkisi olduğunu ve bu etkinin neye bağlı olduğunu bulmaya çalışacağız. Ancak önce, son derste işlenen materyali gözden geçireceğiz; bunlar olmadan fotoğraf efektinin inceliklerini anlamak zor olacaktır. Son dersimizde Planck'ın hipotezine baktık.

Bir sistemin yayabileceği ve emebileceği minimum enerji miktarı nedir? (kuantum)

“Enerji kuantumu” kavramını bilime ilk kim tanıttı? (M.Planck)

Kuantum fiziğinin ortaya çıkmasına hangi deneysel bağımlılığın katkıda bulunduğuna dair bir açıklama? (ısıtılmış katıların radyasyon yasası)

Tamamen siyah bir cisimde hangi rengi görürüz? (sıcaklığa bağlı olarak herhangi bir renk)

III. Yeni materyal öğrenme

20. yüzyılın başında kuantum teorisi doğdu - temel parçacıkların ve bunlardan oluşan sistemlerin hareketi ve etkileşimi teorisi.

Termal radyasyon yasalarını açıklamak için M. Planck, atomların elektromanyetik enerjiyi sürekli olarak değil, ayrı bölümlerde - kuantum olarak yaydığını öne sürdü. Bu tür her bölümün enerjisi formülle belirlenir. e = H, Nerede
-Planck sabiti; v ışık dalgasının frekansıdır.

Kuantum teorisinin doğruluğunun bir başka doğrulaması da Albert Einstein'ın 1905'teki açıklamasıydı. fenomen fotoelektrik etki

Fotoğraf efekti– Işığın etkisi altında katı ve sıvı maddelerden elektronların fırlaması olgusu.

FOTOĞRAF EFEKTİ Türleri:

1. Dış fotoelektrik etki, elektromanyetik radyasyonun etkisi altındaki bir madde tarafından elektronların emisyonudur. Dış fotoelektrik etki katılarda ve ayrıca gazlarda gözlenir.

2. İç fotoelektrik etki, bir iletken veya dielektrik içindeki elektronların dışarıya kaçmadan bağlı durumlardan serbest duruma geçişine neden olan elektromanyetik radyasyondur.

3. Valf fotoelektrik etkisi - fotoğrafın görünümü - emf. iki farklı yarı iletkenin veya bir yarı iletken ile bir metalin temasını aydınlatırken.

Fotoelektrik etki 1887'de Alman fizikçi tarafından keşfedildi G.Hertz ve 1888-1890'da A.G. Stoletov tarafından deneysel olarak incelenmiştir. Fotoelektrik etki olgusunun en kapsamlı çalışması 1900 yılında F. Lenard tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu zamana kadar elektron zaten keşfedilmişti (1897, J. Thomson) ve fotoelektrik etkinin (veya daha doğrusu harici fotoelektrik etkinin), üzerine gelen ışığın etkisi altında bir maddeden elektronların fırlatılmasından oluştuğu ortaya çıktı.

Fotoelektrik etkinin incelenmesi.

Fotoelektrik etkiyle ilgili ilk deneyler Şubat 1888'de Stoletov tarafından başlatıldı.

Deneylerde, yüzeyi iyice temizlenmiş, iki metal elektrotlu bir cam vakum şişesi kullanıldı. Elektrotlara bir miktar voltaj uygulandı sen, polaritesi çift anahtar kullanılarak değiştirilebilir. Elektrotlardan biri (katot K), belirli bir dalga boyundaki monokromatik ışıkla bir kuvars pencereden aydınlatıldı. Sabit bir ışık akısı durumunda, fotoakım kuvvetinin bağımlılığı alınmıştır. BEN uygulanan voltajdan.

Fotoelektrik etkinin yasaları

Doygunluk fotoakımı, gelen ışık akısı ile doğru orantılıdır.

fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi ışığın frekansıyla doğrusal olarak artar ve yoğunluğuna bağlı değildir.

Her madde için, fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı adı verilen, altında fotoelektrik etkinin mümkün olmadığı, ayarlanmış bir minimum frekans vardır.

M. Planck'ın hipotezine göre, bir elektromanyetik dalga bireysel fotonlardan oluşur ve radyasyon süreksiz olarak meydana gelir - kuantumda, fotonlarda. Bu nedenle, ışığın emiliminin de kesintili olarak gerçekleşmesi gerekir - fotonlar enerjilerini tüm maddenin atomlarına ve moleküllerine aktarır.

– Einstein’ın fotoelektrik etki denklemi

mv 2 /2 = eU 0 – fotoelektronun kinetik enerjisinin maksimum değeri;

– fotoelektrik etkinin mümkün olduğu minimum ışık frekansı;

V max = hc/ Aout – fotoelektrik etkinin mümkün olduğu maksimum ışık frekansı

- kırmızı fotoğraf efekti sınırı

- foton momentumu

Terim ve kavramların açıklandığı konuşma.

Işığın etkisi altında bir maddenin elektron yayması olayına... denir.

Işığın bir maddenin yüzeyinden 1 saniyede yaydığı elektronların sayısı...

Fotoelektronların kinetik enerjisi ... ile doğrusal olarak artar ve ...'ye bağlı değildir.

Her madde için fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu minimum bir ışık frekansı vardır. Bu frekansa denir...

Bir maddenin yüzeyinden elektronları uzaklaştırmak için yapılması gereken işe denir.

Einstein'ın fotoelektrik etki denklemi (formülasyon)…

IV. Bilginin pekiştirilmesi ve genelleştirilmesi.

Problem 1. Metalden gelen bir elektronun iş fonksiyonu 3,3 * 10 -19 J ise, fotoelektrik etkinin hala gözlendiği ışığın en düşük frekansı nedir?

Görev 2. Görünür spektrumun en uzun ve en kısa dalgalarına karşılık gelen fotonun enerjisini, kütlesini ve momentumunu belirleyin?

Çözüm:

Sorun 3. İş fonksiyonu A = 1,32 EV ise potasyum için fotoelektrik etki eşiğini bulun?

Çözüm:

Einstein'ın denkleminde

Yazdığınız formülleri kullanarak aşağıdaki problemleri çözünüz. kendi başına.

Plaka malzemesinin iş fonksiyonu 4 eV'dir. Plaka tek renkli ışıkla aydınlatılmaktadır. Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi 2,5 eV ise, gelen ışığın fotonlarının enerjisi nedir?

Bir nikel plaka, 8 eV foton enerjisine sahip elektromanyetik radyasyona maruz bırakılır. Bu durumda fotoelektrik etki sonucunda plakadan maksimum enerjisi 3 eV olan elektronlar yayılır. Nikelden gelen elektronların iş fonksiyonu nedir?

12 eV enerjili bir foton akışı, maksimum kinetik enerjisi iş fonksiyonundan 2 kat daha az olan metalden fotoelektronları dışarı atar. Verilen metalin iş fonksiyonunu belirleyiniz.

Metalden ayrılan elektronun iş fonksiyonu. Elektronları yok edebilecek maksimum radyasyon dalga boyunu bulun.

Fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı 0,255 µm ise, metalden gelen elektronların iş fonksiyonunu belirleyin.

Bazı metaller için fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı, frekanslı ışıktır. . Dalga boyuna sahip radyasyonun etkisi altında elektronların kazanacağı kinetik enerjiyi belirleyin

“Fotoelektrik etkinin uygulanması” konulu bir sunum hazırlayın