"Kvant nazariyasi bilan birinchi marta duch kelganda hayratga tushmagan har bir kishi, ehtimol, tushunmagandir." Nils Bor

Kvant nazariyasining asoslari shunchalik hayratlanarliki, u ko'proq ilmiy fantastikaga o'xshaydi.

Mikrodunyoning bir zarrasi bir vaqtning o'zida ikki yoki undan ortiq joyda bo'lishi mumkin!

(Yaqinda o'tkazilgan tajriba shuni ko'rsatdiki, bu zarralardan biri bir vaqtning o'zida 3000 ta joyda bo'lishi mumkin!)

Xuddi shu "ob'ekt" ham mahalliylashtirilgan zarracha, ham kosmosda tarqaladigan energiya to'lqini bo'lishi mumkin.

Eynshteynning fikricha, hech narsa yorug'lik tezligidan tezroq harakat qila olmaydi. Ammo kvant fizikasi isbotladi: subatomik zarralar bir zumda ma'lumot almashishi mumkin - bir-biridan istalgan masofada joylashgan.

Klassik fizika deterministik edi: ob'ektning joylashuvi va tezligi kabi dastlabki shartlarni hisobga olgan holda, biz uning qaerga borishini hisoblashimiz mumkin. Kvant fizikasi ehtimollikdir: biz hech qachon o'rganilayotgan ob'ekt o'zini qanday tutishini mutlaqo aniq ayta olmaymiz.

Klassik fizika mexanik edi. Bu narsaning alohida qismlarini bilish orqali biz oxir-oqibat uning nima ekanligini tushunishimiz mumkin degan asosga asoslanadi.

Kvant fizikasi yaxlitdir: uning qismlari bir-biriga bog'langan va bir-biriga ta'sir ko'rsatadigan bir butun sifatida olamning rasmini chizadi.

Va, ehtimol, eng muhimi, kvant fizikasi 400 yil davomida ilmiy ongda hukmronlik qilgan sub'ekt yoki ob'ekt, kuzatuvchi va kuzatuvchi o'rtasidagi tub farq haqidagi g'oyani yo'q qildi!

Kvart fizikasida kuzatuvchi kuzatilayotgan ob'ektga ta'sir qiladi. Mexanik olamning alohida kuzatuvchilari yo'q - hamma narsa uning mavjudligida ishtirok etadi.

SHOK №1 - bo'sh joy

Nyuton fizikasining qattiq tuzilishidagi birinchi yoriqlardan biri quyidagi kashfiyot orqali amalga oshirildi: atomlar jismoniy olamning mustahkam qurilish bloklaridir! - asosan bo'sh joydan iborat. Qanchalik bo'sh? Agar siz vodorod atomining yadrosini basketbol to'pi hajmiga kattalashtirsangiz, uning atrofida aylanib yuradigan yagona elektron o'ttiz kilometr uzoqlikda bo'ladi, yadro va elektron o'rtasida hech narsa bo'lmaydi. Shunday qilib, atrofga qaraganingizda, esda tuting: haqiqat - bu bo'shliq bilan o'ralgan materiyaning eng kichik nuqtalari.

Biroq, bu mutlaqo to'g'ri emas. Bu taxmin qilingan "bo'shliq" aslida bo'sh emas: u juda ko'p miqdorda aql bovar qilmaydigan darajada kuchli energiyani o'z ichiga oladi. Bizga ma'lumki, energiya materiyaning quyi darajasiga o'tganda zichroq bo'ladi (masalan, yadro energiyasi kimyoviy energiyadan million marta kuchliroq). Endi olimlar bir kub santimetr bo'sh maydonda ma'lum koinotdagi barcha moddalardan ko'ra ko'proq energiya borligini aytishdi. Olimlar buni o'lchash imkoniga ega bo'lmasalar ham, ular bu energiya dengizining natijalarini ko'rishmoqda.

SHOK №2 - zarracha, to‘lqin yoki to‘lqin zarrachami?

Atom nafaqat deyarli butunlay "kosmos" dan iborat, balki olimlar uni chuqurroq o'rganganlarida, subatomik (atomni tashkil etuvchi) zarralar ham qattiq emasligini aniqladilar. Va ular ikki tomonlama tabiatga ega ko'rinadi. Biz ularni qanday kuzatishimizga qarab, ular qattiq mikrojismlar yoki to'lqinlar kabi harakat qilishlari mumkin.

Zarralar kosmosda ma'lum bir pozitsiyani egallagan alohida qattiq jismlardir. Ammo to'lqinlarning "tanasi" yo'q, ular lokalizatsiya qilinmaydi va kosmosda tarqaladi.

To'lqin sifatida elektron yoki foton (yorug'lik zarrasi) aniq joylashuvga ega emas, balki "ehtimollar maydoni" sifatida mavjud. Zarrachalar holatida ehtimollik maydoni qattiq ob'ektga "yiqilib tushadi" (yiqilib tushadi). Uning to'rt o'lchovli fazo-vaqtdagi koordinatalarini allaqachon aniqlash mumkin.

Bu hayratlanarli, ammo zarrachaning holati (to'lqin yoki qattiq jism) kuzatish va o'lchash harakatlari bilan aniqlanadi. O'lchovsiz va kuzatilmaydigan elektronlar to'lqinlar kabi harakat qiladi. Tajriba davomida ularni kuzatishga topshirganimizdan so'ng ular qattiq zarrachalarga "qulab tushadi" va kosmosda qayd etilishi mumkin.

Lekin qanday qilib bir narsa bir vaqtning o'zida qattiq zarracha va suyuqlik to'lqini bo'lishi mumkin? Ehtimol, agar biz yaqinda aytganimizni eslasak, paradoks hal qilinadi: zarralar to'lqinlar yoki qattiq jismlar kabi harakat qiladi. Ammo "to'lqin" va "zarracha" tushunchalari bizning kundalik dunyomizdan olingan o'xshashliklardir. To'lqin tushunchasi kvant nazariyasiga Ervin Shredinger tomonidan kiritilgan. U mashhur "to'lqin tenglamasi" ning muallifi bo'lib, u kuzatish aktidan oldin qattiq zarrachada to'lqin xususiyatlarining mavjudligini matematik asoslaydi. Ba'zi fiziklar - ular hech qachon duch kelmagan va to'liq tushuna olmaydigan narsani tushuntirishga urinishda - subatomik zarralarni "to'lqin zarralari" deb atashadi.

SHOK №3 - Kvant sakrashlari va ehtimollik

Atomni o'rganish jarayonida olimlar yadro atrofida aylanayotgan elektronlar orbitadan orbitaga o'tganda, ular oddiy jismlar kabi kosmosda harakat qilmasligini aniqladilar. Yo'q, ular masofani bir zumda bosib o'tishadi. Ya'ni, ular bir joyda yo'qoladi va boshqa joyda paydo bo'ladi. Bu hodisa kvant sakrashi deb ataldi.

Bundan tashqari, olimlar etishmayotgan elektron yangi orbitaning qayerda paydo bo'lishini yoki qaysi daqiqada sakrashini aniqlay olmasligini tushunishdi. Ular qila oladigan eng ko'p narsa elektronning yangi joylashuvi ehtimolini (Shredinger to'lqin tenglamasi asosida) hisoblash edi.

“Haqiqat, biz uni boshdan kechirganimizdek, har daqiqada son-sanoqsiz imkoniyatlar yig'indisida yaratiladi”, deydi doktor Satinover. "Ammo haqiqiy sir shundaki, jismoniy olamda bu jamilikdan qaysi imkoniyat amalga oshishini aniqlaydigan hech narsa yo'q. Buni aniqlaydigan hech qanday jarayon yo'q."

Shunday qilib, kvant sakrashlari koinotdagi yagona haqiqiy tasodifiy hodisalardir.

4-SHOK - NOANLIK PRINSIBI

Klassik fizikada ob'ektning barcha parametrlarini, shu jumladan uning fazoviy koordinatalarini va tezligini faqat eksperimental texnologiyalarning imkoniyatlari bilan chegaralangan aniqlik bilan o'lchash mumkin. Ammo kvant darajasida, ob'ektning tezligi kabi bir miqdoriy xarakteristikasini aniqlaganingizda, uning boshqa parametrlari, masalan, koordinatalar uchun aniq qiymatlarni ololmaysiz. Boshqacha qilib aytganda: agar siz ob'ekt qanchalik tez harakatlanayotganini bilsangiz, uning qaerdaligini bilolmaysiz. Va aksincha: agar siz uning qaerdaligini bilsangiz, uning qanchalik tez harakat qilayotganini bilolmaysiz.

Tajribachilar qanchalik murakkab bo'lmasin, qanchalik ilg'or o'lchash texnologiyalaridan foydalanmasinlar, ular bu parda ortidan qarashga qodir emaslar.

Kvant fizikasining kashshoflaridan biri Verner Heisenberg noaniqlik printsipini ishlab chiqdi. Uning mohiyati quyidagicha: qancha urinmasin, bir vaqtning o'zida kvant ob'ektining koordinatalari va tezligining aniq qiymatlarini olish mumkin emas. Bir parametrni o'lchashda qanchalik aniqlikka erishsak, ikkinchisi shunchalik noaniq bo'ladi.

SHOK №5 - NONLOCALITY, EPR PARADOKS VA BELL TEOREMASI

Albert Eynshteyn kvant fizikasini yoqtirmasdi. Kvant fizikasida tasvirlangan subatomik jarayonlarning ehtimollik xususiyatini baholab, u shunday dedi: "Xudo koinot bilan zar o'ynamaydi". Ammo Nils Bor unga javob berdi: "Xudoga nima qilishni o'rgatishni to'xtat!"

1935 yilda Eynshteyn va uning hamkasblari Podolskiy va Rozen (EPR) kvant nazariyasini mag'lub etishga harakat qilishdi. Olimlar kvant mexanikasi tamoyillariga asoslanib, fikrlash tajribasini o'tkazdilar va paradoksal xulosaga kelishdi. (U kvant nazariyasining pastligini ko'rsatishi kerak edi). Ularning fikrlarining mohiyati shundan iborat. Agar bizda bir vaqtning o'zida ikkita zarracha paydo bo'lsa, bu ularning o'zaro bog'langanligini yoki superpozitsiya holatida ekanligini anglatadi. Keling, ularni koinotning turli chekkalariga jo'nataylik. Keyin zarrachalardan birining holatini o'zgartiramiz. Keyin, kvant nazariyasiga ko'ra, boshqa zarracha bir zumda xuddi shu holatga keladi. Darhol! Koinotning boshqa chekkasida!

Bunday fikr shu qadar kulgili ediki, Eynshteyn uni kinoya bilan "masofadagi g'ayritabiiy harakat" deb atagan. Uning nisbiylik nazariyasiga ko'ra, hech narsa yorug'likdan tezroq yura olmaydi. Va EPR tajribasida zarralar orasidagi ma'lumot almashish tezligi cheksiz ekanligi ma'lum bo'ldi! Bundan tashqari, elektron koinotning qarama-qarshi chekkasida joylashgan boshqa elektronning holatini "kuzatib turishi" mumkinligi haqidagi g'oya haqiqat haqidagi umumiy qabul qilingan g'oyalarga va umuman olganda, sog'lom fikrga mutlaqo zid edi.

Ammo 1964 yilda irlandiyalik nazariy fizik Jon Bell undan kelib chiqadigan teoremani ishlab chiqdi va isbotladi: EPR fikrlash tajribasidan olingan "kulgili" xulosalar haqiqatdir!

Zarralar vaqt va makondan yuqori darajada chambarchas bog'langan. Shuning uchun ular bir zumda ma'lumot almashish imkoniyatiga ega.

Koinotdagi har qanday ob'ekt mahalliy ekanligi haqidagi g'oya - ya'ni. fazoda bir joyda (nuqtada) mavjud - to'g'ri emas. Bu dunyoda hamma narsa mahalliy emas.

Shunga qaramay, bu hodisa Olamning amaldagi qonunidir. Shredingerning ta'kidlashicha, ob'ektlar o'rtasidagi munosabatlar kvant nazariyasining yagona qiziqarli jihati emas, balki eng muhimi. 1975 yilda nazariy fizik Genri Stapp Bell teoremasini "fanning eng muhim kashfiyoti" deb atadi. E'tibor bering, u nafaqat fizika, balki fan haqida gapirgan.

(Maqola V. Arntz, B. Chace, M. Visentening “Quyon teshigi yoki biz o‘zimiz va koinot haqida nima bilamiz?” kitobining “Kvant fizikasi” bobining materiallari asosida tayyorlangan).

1935 yilda, kvant mexanikasi va Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi juda yosh bo'lganida, unchalik mashhur bo'lmagan sovet fizigi Matvey Bronshteyn 28 yoshida kvant nazariyasida bu ikki nazariyaning uyg'unligini birinchi batafsil tadqiq qildi. tortishish kuchi. Bronshteyn yozganidek, bu "ehtimol butun dunyo nazariyasi", Eynshteynning tortishishning klassik ta'rifini almashtirib, u fazo-vaqt uzluksizligida egri chiziqlar sifatida ko'riladi va uni fizikaning qolgan qismi kabi kvant tilida qayta yozishi mumkin.

Bronshteyn gravitatsiyani kvantlangan zarrachalar nuqtai nazaridan qanday tasvirlash mumkinligini aniqladi, ular hozir gravitonlar deb ataladi, lekin faqat tortishish kuchi zaif bo'lganda, ya'ni (umumiy nisbiylik nuqtai nazaridan) fazo vaqt juda oz qiyshiq bo'lib, u mohiyatan tekis bo'lganda. Gravitatsiya kuchli bo'lsa, "vaziyat butunlay boshqacha", deb yozgan olim. "Klassik tushunchalarni chuqur qayta ko'rib chiqmasdan, bu sohada tortishishning kvant nazariyasini tasavvur qilish deyarli imkonsiz ko'rinadi."

Uning so'zlari bashoratli edi. Sakson uch yil o'tgach, fiziklar hali ham gravitatsiyaning yanada fundamental va taxminiy kvant rasmidan kelib chiqqan holda fazo-vaqt egriligi makroskopik miqyosda qanday namoyon bo'lishini tushunishga harakat qilmoqdalar; Bu, ehtimol, fizikadagi eng chuqur savol. Balki, imkoniyat bo‘lsa, Bronshteynning yorug‘ aqli bu izlanish jarayonini tezlashtirardi. Kvant tortishishdan tashqari, u astrofizika va kosmologiya, yarimo'tkazgichlar nazariyasi, kvant elektrodinamikasiga ham hissa qo'shgan va bolalar uchun bir nechta kitoblar yozgan. 1938 yilda u Stalin qatag'oniga tushib, 31 yoshida qatl etilgan.

Kvant tortishishning to'liq nazariyasini izlash, tortishishning kvant xususiyatlari hech qachon haqiqiy tajribada o'zini namoyon qilmasligi bilan murakkablashadi. Fiziklar Eynshteynning silliq fazo-vaqt uzluksizligi haqidagi ta'rifi yoki Bronshteynning biroz egri holatda kvant yaqinlashuvi qanday buzilganligini ko'rmaydilar.

Muammo tortishish kuchining o'ta zaifligidir. Kuchli, kuchsiz va elektromagnit kuchlarni uzatuvchi kvantlangan zarralar shunchalik kuchliki, ular moddani atomlarga mahkam bog'laydi va kattalashtiruvchi oyna ostida tom ma'noda tekshirilishi mumkin bo'lsa-da, alohida gravitonlar shu qadar zaifki, laboratoriyalarda ularni aniqlash imkoniyati yo'q. Gravitonni ushlash ehtimoli yuqori bo'lishi uchun zarrachalar detektori shu qadar katta va massiv bo'lishi kerakki, u qora tuynukga qulab tushadi. Bu zaiflik, tortishish orqali boshqa massiv jismlarga ta'sir qilish uchun nima uchun astronomik massa to'planishi kerakligini va nima uchun biz ulkan miqyoslarda tortishish ta'sirini ko'rishimizni tushuntiradi.

Bu hammasi emas. Koinot qandaydir kosmik tsenzuraga duchor bo'lganga o'xshaydi: kuchli tortishish hududlari - fazo-vaqt egri chiziqlari shunchalik keskinki, Eynshteyn tenglamalari buziladi va tortishish kuchi va fazoviy vaqtning kvant tabiati ochib berilishi kerak - har doim qora tuynuklar ufqlari orqasida yashirinadi.

Garvard universitetining nazariy fizigi Igor Pikovskiy: "Hatto bir necha yil oldin, tortishish maydonining kvantlanishini hech qanday tarzda o'lchash mumkin emasligi haqida umumiy konsensus mavjud edi".

Endi, Physical Review Letters-da chop etilgan bir nechta maqolalar buni o'zgartirdi. Ushbu hujjatlar kvant tortishish kuchiga, hatto bu haqda hech narsa bilmagan holda ham erishish mumkinligi haqida da'vo qilmoqda. London Universitet kollejidan Sugato Bose va Oksford universitetidan Chiara Marletto va Vlatko Vedral tomonidan yozilgan maqolalar gravitatsiyani aniqlashni talab qilmasdan, tortishish boshqa barcha kabi kvant kuch ekanligini tasdiqlay oladigan texnik jihatdan qiyin, ammo amalga oshirilishi mumkin bo'lgan tajribani taklif qiladi. . Dartmut kollejining kvant fizigi, bu ishda ishtirok etmagan Mayls Blenkovning aytishicha, bunday tajriba ko'rinmas kvant tortishishning aniq belgisini - "Cheshir mushukining tabassumini" ochib berishi mumkin.

Taklif etilayotgan tajriba ikkita ob'ekt - Bose guruhi bir juft mikro olmosdan foydalanishni rejalashtirayotgan - o'zaro tortishish orqali kvant mexanik ravishda bir-biriga bog'lanishi mumkinligini aniqlaydi. O‘ralashib ketish kvant hodisasi bo‘lib, unda zarralar ajralmas tarzda o‘zaro bog‘lanib, ularning mumkin bo‘lgan birlashgan holatlarini belgilaydigan yagona fizik tavsifga ega. (Turli mumkin bo'lgan holatlarning birgalikda mavjudligi "superpozitsiya" deb ataladi va kvant tizimini belgilaydi.) Misol uchun, bir juft chigal zarracha superpozitsiyada mavjud bo'lishi mumkin, bunda A zarrasi pastdan yuqoriga aylanish ehtimoli 50%, B zarrasi esa yuqoridan pastga aylanadi va 50% ehtimollik bilan aksincha. Zarrachalar aylanish yo'nalishini o'lchashda qanday natijaga erishishingizni hech kim oldindan bilmaydi, lekin ular uchun bir xil bo'lishiga amin bo'lishingiz mumkin.

Mualliflarning ta'kidlashicha, taklif etilayotgan tajribadagi ikkita ob'ekt faqat shu tarzda chigallashishi mumkin, agar ular o'rtasida ta'sir qiluvchi kuch - bu holda tortishish - kvant superpozitsiyalarini qo'llab-quvvatlaydigan gravitonlar vositachiligidagi kvant o'zaro ta'siri bo'lsa. "Agar tajriba o'tkazilsa va chigallik olinsa, ish bo'yicha biz tortishish kvantlangan degan xulosaga kelishimiz mumkin", deb tushuntirdi Blenkov.

Olmosni chalkashtirib yuboring

Kvant tortishish kuchi shunchalik nozikki, ba'zi olimlar uning mavjudligiga shubha qilishadi. 94 yoshli taniqli matematik va fizik Friman Dayson 2001 yildan beri koinot o'ziga xos "dualistik" tavsifni qo'llab-quvvatlashi mumkinligini ta'kidlab keladi, bunda "Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi tomonidan tasvirlangan tortishish maydoni hech qanday kvant xatti-harakatisiz sof klassik maydon bo'ladi". , bu silliq fazo-vaqt uzluksizligidagi barcha moddalar ehtimollik qoidalariga bo'ysunadigan zarralar tomonidan kvantlangan bo'ladi.

Kvant elektrodinamikasini (materiya va yorug'lik o'rtasidagi o'zaro ta'sir nazariyasi) rivojlantirishga yordam bergan va Nyu-Jersi shtatidagi Prinston shahridagi Ilg'or tadqiqotlar institutining faxriy professori bo'lgan Dayson qora tuynuklarning erishib bo'lmaydigan ichki qismlarini tasvirlash uchun kvant tortishish zarurligiga ishonmaydi. . Shuningdek, u faraziy gravitonni aniqlash printsipial jihatdan imkonsiz bo'lishi mumkinligiga ishonadi. Bunday holda, uning aytishicha, kvant tortishish fizik emas, metafizik bo'ladi.

U yagona skeptik emas. Mashhur ingliz fizigi Ser Rojer Penrose va vengriyalik olim Lajos Diosi mustaqil ravishda fazo-vaqt superpozitsiyalarni qo'llab-quvvatlamasligini taklif qilishdi. Ularning fikriga ko'ra, uning silliq, qat'iy, printsipial klassik tabiati uni bir vaqtning o'zida ikkita mumkin bo'lgan yo'lga egilishiga to'sqinlik qiladi - va aynan shu qattiqlik elektronlar va fotonlar kabi kvant tizimlarining superpozitsiyalarining qulashiga olib keladi. Ularning fikriga ko'ra, "gravitatsiyaviy dekogerensiya" makroskopik miqyosda sezilishi mumkin bo'lgan yagona, mustahkam, klassik haqiqatning paydo bo'lishiga imkon beradi.

Kvant tortishish kuchining "tabassumini" topish qobiliyati Daysonning argumentini rad etgandek tuyuladi. Shuningdek, u tortishish va fazoviy vaqt kvant superpozitsiyalarini qo'llab-quvvatlashini ko'rsatib, gravitatsiyaviy dekogerentlik nazariyasini o'ldiradi.

Bose va Marlettoning takliflari bir vaqtning o'zida va butunlay tasodifan paydo bo'ldi, garchi ekspertlar ular zamon ruhini aks ettirganini ta'kidlashadi. Dunyo bo'ylab eksperimental kvant fizikasi laboratoriyalari tobora kattaroq mikroskopik ob'ektlarni kvant superpozitsiyalariga qo'ymoqda va ikkita kvant tizimining o'zaro bog'liqligini tekshirish protokollarini optimallashtirmoqda. Taklif etilayotgan tajriba ushbu protseduralarni birlashtirishi kerak, shu bilan birga masshtab va sezgirlikni yanada yaxshilashni talab qiladi; ehtimol o'n yil kerak bo'ladi. "Ammo jismoniy boshi berk ko'cha yo'q", deydi Pikovskiy, shuningdek, laboratoriya tajribalari gravitatsiyaviy hodisalarni qanday tekshirishi mumkinligini o'rganmoqda. "Menimcha, bu qiyin, ammo imkonsiz emas."

Ushbu reja Bose va boshqalar - Okeanning taklifning turli bosqichlari bo'yicha o'n bir eksperti ishida batafsil bayon etilgan. Misol uchun, Uorvik universitetidagi laboratoriyasida hammuallif Gevin Morli mikroolmosni kvant superpozitsiyasiga ikki joyda joylashtirishga harakat qilib, birinchi qadam ustida ishlamoqda. Buning uchun u mikroolmosdagi azot atomini olmos strukturasidagi bo'sh joy (NV markazi deb ataladigan yoki olmosdagi azot o'rnini bosuvchi vakansiya) yonida cheklaydi va uni mikroto'lqinli impuls bilan zaryad qiladi. NV markazi atrofida aylanadigan elektron bir vaqtning o'zida yorug'likni yutadi va yo'q, va tizim ma'lum bir ehtimollik bilan soat yo'nalishi bo'yicha va soat miliga teskari tomonga aylanadigan tepa kabi ikkita aylanish yo'nalishi - yuqoriga va pastga - kvant superpozitsiyasiga kiradi. Ushbu superpozitsiyali spin bilan yuklangan mikro olmos magnit maydonga ta'sir qiladi, bu esa yuqori spinning chapga, pastki spinning esa o'ngga harakatlanishiga olib keladi. Olmosning o'zi ikkita traektoriyaning superpozitsiyasiga bo'linadi.

To'liq eksperimentda olimlar bularning barchasini ikkita olmos - qizil va ko'k, masalan, juda sovuq vakuumda yonma-yon joylashtirilgan holda qilishdi. Ularni ushlab turgan tuzoq o'chirilganda, har biri ikkita holatda superpozitsiyada bo'lgan ikkita mikro olmos vakuumda vertikal ravishda tushadi. Olmoslar tushganda, ularning har birining tortishish kuchini his qiladi. Ularning tortishish kuchi qanchalik kuchli bo'ladi?

Agar tortishish kvant kuchi bo'lsa, javob: bu bog'liq. Moviy olmos superpozitsiyasining har bir komponenti qizil olmosga nisbatan kuchliroq yoki zaifroq tortishishni boshdan kechiradi, ikkinchisi superpozitsiyaning yaqinroq yoki uzoqroq bo'limida joylashganligiga bog'liq. Qizil olmosning superpozitsiyasining har bir komponenti his qiladigan tortishish kuchi xuddi shu tarzda ko'k olmosning holatiga bog'liq.

Har bir holatda, olmos superpozitsiyalarining rivojlanayotgan tarkibiy qismlariga turli darajadagi tortishish kuchi ta'sir qiladi. Ikki olmos o'zaro bog'liq bo'lib qoladi, chunki ularning holatini faqat kombinatsiyalangan holda aniqlash mumkin - agar bu shuni anglatadiki - natijada NV markazlarining ikkita tizimining aylanish yo'nalishlari o'zaro bog'liq bo'ladi.

Mikro olmoslar uch soniya davomida yonma-yon yiqilgandan so'ng - tortishish kuchiga o'ralashib qolish uchun etarlicha uzoq - ular boshqa magnit maydondan o'tib, har bir superpozitsiyaning shoxlarini birlashtiradi. Eksperimentning yakuniy bosqichi - daniyalik fizik Barbara Teral va boshqalar tomonidan ishlab chiqilgan chalkashlik guvohi protokoli: ko'k va qizil olmoslar NV markaz tizimlarining aylanish yo'nalishlarini o'lchaydigan turli xil qurilmalarga kiradi. (O'lchov superpozitsiyalarning ma'lum holatlarga tushishiga olib keladi.) Keyin ikkala natija solishtiriladi. Tajribani qayta-qayta o'tkazish va ko'p juft spin o'lchovlarini solishtirish orqali olimlar ikkita kvant tizimining spinlari kvant mexanik ravishda chigal bo'lmagan ob'ektlar uchun yuqori chegaradan ko'ra ko'proq bog'liqligini aniqlashlari mumkin. Agar shunday bo'lsa, tortishish kuchi olmoslarni o'rab oladi va superpozitsiyani qo'llab-quvvatlaydi.

“Ushbu eksperimentning qiziq tomoni shundaki, kvant nazariyasi nima ekanligini bilish shart emas”, deydi Blenkov. "Bu mintaqaning ikki zarracha o'rtasidagi kuch vositasida bo'lgan kvant jihati borligini aytish kerak."

Ko'p texnik qiyinchiliklar mavjud. Ilgari ikkita joyda superpozitsiyada joylashtirilgan eng katta ob'ekt 800 atomli molekula edi. Har bir mikro olmosda 100 milliarddan ortiq uglerod atomlari mavjud - bu sezilarli tortishish kuchini to'plash uchun etarli. Uning kvant mexanik tabiatini ochish past haroratlar, chuqur vakuumlar va aniq nazoratni talab qiladi. "Dastlabki superpozitsiyani ishga tushirish juda ko'p ish", deydi Piter Barker, lazerli sovutish va mikro olmosni tutish usullarini takomillashtirish bilan shug'ullanuvchi eksperimental guruhning bir qismi. Agar buni bitta olmos bilan qilish mumkin bo'lsa, "ikkinchi olmos muammo bo'lmaydi", deb qo'shimcha qiladi Bose.

Gravitatsiyaning o'ziga xos xususiyati nimada?

Kvant tortishish tadqiqotchilari tortishishning chigallashishga olib kelishi mumkin bo'lgan kvant o'zaro ta'siri ekanligiga shubha qilmaydi. Albatta, tortishish biroz o'ziga xos va fazo va vaqtning kelib chiqishi haqida hali ko'p narsalarni o'rganish kerak, ammo kvant mexanikasi albatta ishtirok etishi kerak, deydi olimlar. "Haqiqatan ham, fizikaning aksariyati kvant, tortishish esa klassik bo'lgan nazariyaning nima keragi bor", deydi MITning kvant tortishish bo'yicha tadqiqotchisi Daniel Xarlou. Aralash kvant-klassik modellarga qarshi nazariy dalillar juda kuchli (lekin yakuniy bo'lmasa ham).

Boshqa tomondan, nazariyotchilar ilgari ham xato qilishgan. “Agar tekshira olsangiz, nega buni qilmaysiz? Agar bu tortishishning kvant tabiatiga shubha qiladigan odamlarni yopsa, bu juda yaxshi bo'lar edi ", deydi Xarlou.

Maqolani o'qib chiqqandan so'ng, Dayson shunday deb yozdi: "Taklif etilayotgan tajriba, albatta, katta qiziqish uyg'otadi va haqiqiy kvant tizimi sharoitida amalga oshirishni talab qiladi." Biroq, u mualliflarning kvant maydonlari haqidagi fikrlari unikidan farq qilishini ta'kidlaydi. “Ushbu tajriba kvant tortishish kuchining mavjudligi haqidagi savolni hal qila oladimi yoki yo'qmi, menga aniq emas. Men so'ragan savol - bitta graviton kuzatiladimi - bu boshqa savol va boshqacha javob berishi mumkin.

Bose, Marletto va ularning hamkasblarining kvantlangan tortishish haqidagi fikrlari Bronshteynning 1935 yildagi ishlaridan kelib chiqqan. (Dayson Bronshteyn asarini ilgari ko'rmagan "chiroyli asar" deb atagan). Xususan, Bronshteyn kichik massa tomonidan hosil bo'lgan zaif tortishish Nyutonning tortishish qonuni bilan yaqinlashishi mumkinligini ko'rsatdi. (Bu mikroolmoslarning superpozitsiyalari o'rtasida harakat qiladigan kuch). Blenkovning so'zlariga ko'ra, zaif kvantlangan tortishish hisoblari ayniqsa amalga oshirilmagan, garchi ular qora tuynuklar fizikasi yoki Katta portlashdan ko'ra ko'proq ahamiyatga ega. U yangi eksperimental taklif nazariyotchilarni Nyutonning yaqinlashuviga nozik takomillashtirishlarni izlashga undaydi, deb umid qilmoqda, kelajakda stol usti tajribalarida sinab ko'rish mumkin.

Stenford universitetining taniqli kvant tortishish va simlar nazariyotchisi Leonard Sasskind taklif qilingan tajribaning ahamiyatini ko'rdi, chunki "u yangi massalar va masofalar oralig'ida tortishish kuzatuvlarini ta'minlaydi". Ammo u va boshqa tadqiqotchilar mikroolmoslar kvant tortishish yoki fazo-vaqtning to'liq nazariyasi haqida hech narsa ochib bera olmasligini ta'kidladilar. U va uning hamkasblari qora tuynuk markazida va Katta portlash paytida nima sodir bo'lishini tushunishni xohlashadi.

Ehtimol, nima uchun tortishish kuchini kvantlash hamma narsadan ko'ra qiyinroq ekanligini ko'rsatadigan bir maslahat shundaki, tabiatning boshqa kuchlari "joylashuv" deb ataladi: maydonning bir hududida kvant zarralari (masalan, elektromagnit maydondagi fotonlar) "bir-biridan mustaqildir" Kosmosning boshqa mintaqasidagi boshqa jismoniy mavjudotlar”, - deydi Britaniya Kolumbiyasi universitetining kvant tortishish nazariyachisi Mark van Raamsdonk. "Ammo tortishish kuchi bunday ishlamasligi haqida juda ko'p nazariy dalillar mavjud."

Kvant tortishish kuchining eng yaxshi sandbox modellarida (soddalashtirilgan fazo-vaqt geometriyalari bilan) fazo-vaqt mato lentasi mustaqil uch o'lchamli qismlarga bo'lingan deb taxmin qilish mumkin emas, deydi van Raamsdonk. Buning o'rniga, zamonaviy nazariya shuni ko'rsatadiki, kosmosning asosiy, asosiy komponentlari "ikki o'lchovli tarzda tashkil etilgan". Kosmik vaqtning matosi gologramma yoki video o'yin kabi bo'lishi mumkin. "Rasm uch o'lchamli bo'lsa-da, ma'lumot ikki o'lchovli kompyuter chipida saqlanadi." Bunday holda, uch o'lchovli dunyo uning turli qismlari unchalik mustaqil emasligi ma'nosida illyuziya bo'ladi. Video o'yin analogiyasida ikki o'lchovli chipdagi bir nechta bit butun o'yin olamining global funktsiyalarini kodlashi mumkin.

Va bu farq siz tortishishning kvant nazariyasini yaratishga harakat qilayotganingizda muhimdir. Biror narsani kvantlashning odatiy yondashuvi uning mustaqil qismlarini, masalan, zarralarni aniqlash va keyin ularga kvant mexanikasini qo'llashdir. Ammo agar siz to'g'ri komponentlarni aniqlamasangiz, siz noto'g'ri tenglamalarga ega bo'lasiz. Bronshteyn qilmoqchi bo'lgan uch o'lchovli fazoni to'g'ridan-to'g'ri kvantlash ma'lum darajada zaif tortishish bilan ishlaydi, ammo fazo vaqti juda egri bo'lganda foydasiz bo'lib chiqadi.

Ba'zi ekspertlarning ta'kidlashicha, kvant tortishish kuchining "tabassumiga" guvoh bo'lish bunday mavhum fikrlash uchun motivatsiyaga olib kelishi mumkin. Axir, hatto kvant tortishish kuchining mavjudligi haqidagi eng baland nazariy dalillar ham eksperimental faktlar bilan tasdiqlanmaydi. Van Raamsdonk ilmiy kollokviumda o'z tadqiqotini tushuntirganda, u odatda tortishish kuchini kvant mexanikasi bilan qanday qayta ko'rib chiqish kerakligi haqidagi hikoyadan boshlanadi, chunki fazoviy vaqtning klassik tavsifi qora tuynuklar va Katta portlash bilan ajralib turadi.

"Ammo agar siz ushbu oddiy tajribani qilsangiz va tortishish maydoni superpozitsiyada ekanligini ko'rsatsangiz, klassik tavsifning muvaffaqiyatsizligi aniq bo'ladi. Chunki tortishish kvant ekanligini anglatuvchi tajriba bo‘ladi”.

Quanta jurnali materiallari asosida

E.S.,
, Munitsipal ta'lim muassasasi UIOP bilan 16-sonli o'rta maktab, Lysva, Perm viloyati.

Kvant fizikasining tug'ilishi

Hamma narsaning boshlanishini toping va siz ko'p narsani tushunasiz!
Kozma Prutkov

Darsning tarbiyaviy maqsadi: materiyaning diskretligi tushunchasini kiritish, materiyaning kvant-toʻlqin dualizmi tushunchasini shakllantirish, Plank formulalari va de Broyl toʻlqin uzunligi kiritilishini asoslash.

Darsning rivojlanish maqsadi: mantiqiy fikrlashni rivojlantirish, vaziyatlarni taqqoslash va tahlil qilish, fanlararo aloqalarni ko'rish.

Darsning tarbiyaviy maqsadi: dialektik-materialistik tafakkurni shakllantirish.

Fizika fan sifatida umuminsoniy qadriyatlarga va ulkan insonparvarlik salohiyatiga ega. Uni o'rganish jarayonida asosiy ilmiy usullar (ilmiy eksperiment, modellashtirish, fikrlash tajribasi, ilmiy nazariyaning yaratilishi va tuzilishi) ochiladi. Talabalarga dunyoning abadiyligi va doimiy o'zgarishini tushunish uchun dunyoga fizikning ko'zi bilan qarash imkoniyati berilishi kerak - bu dunyoda juda ko'p va arzimas darajada kichik, juda tez va g'ayrioddiy sekin , sodda va tushunish qiyin - insonning chuqur mamnuniyat keltiradigan bilimga doimiy intilishini his qilish, "ilmiy shubhalar" va nafislik, qisqalik va ravshanlikni izlashda notanish yo'lda dadil harakat qilishning chuqur tajribasi misollari bilan tanishish. .

I. O'qituvchi. Biz optikani o'rganishni boshlaganimizda, men savol berdim: "Yorug'lik nima?" Endi qanday javob bergan bo'lardingiz? Fikringizni bir jumlada shakllantirishga harakat qiling. F.I.dan "nur ..." so'zlari bilan boshlang. Tyutchevning quyidagi satrlari bor: "Yana ochko'z ko'zlar bilan // Men hayot beruvchi nurni ichaman." Iltimos, ushbu satrlarga fizika nuqtai nazaridan izoh berishga harakat qiling. She'riyatda - Gomerdan to hozirgi kungacha - yorug'lik hosil qilgan tuyg'ularga doimo alohida o'rin berilgan. Ko'pincha shoirlar yorug'likni maxsus yorqin, yorqin suyuqlik sifatida qabul qilishgan.

Yorug'lik haqidagi bugungi suhbatni to'liq qilish uchun men S.I.ning so'zlarini o'qib chiqmoqchiman. Vavilova: "Haqiqat uchun uzluksiz, g'alabali, hech qachon yakuniy g'alaba bilan tugamaydigan urush o'zining shubhasiz asosiga ega. Yorug'lik tabiatini tushunish yo'lida inson mikroskoplar, teleskoplar, masofa o'lchagichlar, radiolar va rentgen nurlarini oldi; bu tadqiqot atom yadrosining energiyasini o'zlashtirishga yordam berdi. Haqiqat izlab, inson tabiatni o'zlashtirish sohalarini cheksiz kengaytiradi. Bu fanning haqiqiy vazifasi emasmi? (ta'kid meniki. - EI.)»

II. O'qituvchi. Fizikani o'rganish jarayonida biz ko'plab nazariyalar, masalan, MCT, termodinamika, Maksvellning elektromagnit maydon nazariyasi va boshqalar bilan tanishdik.Bugun biz to'lqin optikasini o'rganishni yakunlaymiz. Biz mavzuni o'rganishni yakunlashimiz va, ehtimol, "yorug'lik nima?" Degan savolga yakuniy nuqta qo'yishimiz kerak. Tabiatni tushunish jarayonida nazariyaning rolini ko'rsatish uchun to'lqin optikasidan misollar keltira olasizmi?

Esda tutaylikki, nazariyaning ahamiyati nafaqat ko'plab hodisalarni tushuntirishga imkon beradi, balki yangi, hali ma'lum bo'lmagan jismoniy hodisalarni, jismlar va naqshlarning xususiyatlarini oldindan aytish imkonini beradi. Shunday qilib, to'lqin nazariyasi yorug'likning interferentsiyasi, diffraktsiyasi, qutblanishi, sinishi, dispersiyasi hodisalarini tushuntirib berdi va "qalam uchida kashfiyot" - bashorat qilish imkonini berdi. 1815 yilda noma'lum iste'fodagi muhandis Avgustin Fresnel Parij Fanlar akademiyasiga diffraktsiya hodisasini tushuntiruvchi maqola taqdim etdi. Ishni tahlil qilish mashhur olimlar – fizik D.Arago va matematik S.Puassonlarga topshirildi. Puasson, bu asarni ishtiyoq bilan o'qib, Fresnelning xulosalarida ochiq-oydin bema'nilikni aniqladi: agar yorug'lik oqimiga kichik dumaloq nishon qo'yilsa, u holda soyaning markazida yorug'lik nuqtasi paydo bo'lishi kerak! Sizningcha, keyin nima bo'ldi? Bir necha kundan so'ng, Arago tajriba o'tkazdi va Fresnel haq ekanligini aniqladi! Shunday qilib, 19-asr to'lqin optikasining g'alabasi asridir.

Nur nima? Yorug'lik elektromagnit ko'ndalang to'lqindir.

Yorug'lik va elektromagnit to'lqinlarning tabiati bilan bog'liq fizikaning katta qismini o'rganishni tugatib, men "Elektromagnit to'lqinlar" test topshirig'ini mustaqil ravishda bajarishni taklif qilaman (1-ilovaga qarang). Biz ijroni old tomondan tekshiramiz.

III. O'qituvchi. 1900 yil arafasida London gazetalari shunday deb yozgan edi: "London ko'chalarida xira yog'li idishlar o'rniga yorqin lampochkalarning bayramona yoritilishi yoqilganda, taksilar birin-ketin Flit ko'chasidagi qadimiy binoga yaqinlashdi. Xat kiygan hurmatli janoblar keng, yorqin yoritilgan zinapoyadan zalga ko'tarilishdi. Keyin London Qirollik jamiyati a'zolari navbatdagi yig'ilish uchun yig'ilishdi. Uzun bo'yli, kulrang sochli, qalin soqolli ser Uilyam Tomson (uning fizika sohasidagi yutuqlari haqida bilasizmi? - EI.), sakkiz yil oldin qirolicha Viktoriya qo'lidan tengdosh va lord Kelvin unvonini bergan (bu ism sizga tanishmi? - EI.), endi esa jamiyat prezidenti yangi yil nutqini boshladi. 19-asrning buyuk fizigi o'tgan asrda erishilgan muvaffaqiyatlarni qayd etdi, hozir bo'lganlarning xizmatlarini sanab o'tdi ...

Yig‘ilganlar ma’qullagancha bosh chayqadi. Kamtarlik uchun ular yaxshi ish qilishdi. Ser Uilyam fizikaning muhtasham binosi qurilganini, faqat kichik tugatish ishlari qolganini aytganida haq edi.

To‘g‘ri (Lord Kelvin bir zum nutqini to‘xtatdi), fizikaning bulutsiz ufqida ikkita kichik bulut, klassik fizika nuqtai nazaridan hali izoh topa olmagan ikkita muammo... Lekin bu hodisalar vaqtinchalik va o‘tkinchidir. Baland suyanchiqli antiqa stullarga xotirjam o'tirgan janoblar jilmayishdi. Nima haqida gaplashayotganimizni hamma bilardi:

1) klassik fizika Mishelsonning Yer harakatining yorug'lik tezligiga ta'sirini aniqlamagan tajribalarini tushuntirib bera olmadi. Barcha mos yozuvlar tizimlarida (Ham harakatlanuvchi, ham Yerga nisbatan tinch holatda) yorug'lik tezligi bir xil - 300 000 km / s;

2) klassik fizika qora jismning eksperimental ravishda olingan nurlanish grafigini tushuntirib bera olmadi.

Ser Uilyam tez orada bu bulutlardan qanday chaqmoq chaqishini tasavvur ham qila olmadi! Oldinga qarab, aytaman: birinchi muammoni hal qilish fazo va vaqt haqidagi klassik g'oyalarni qayta ko'rib chiqishga, nisbiylik nazariyasini yaratishga olib keladi; ikkinchi muammoni hal qilish yangi nazariyani yaratishga olib keladi. - kvant. Bu bugungi darsda muhokama qilinadigan ikkinchi muammoning yechimi!

IV. (Talabalar daftarlariga qayd qiladilar: Sana Dars № Dars mavzusi: “Kvant fizikasining kelib chiqishi”.) 19-20-asrlar boʻsagʻasida. Fizikada zudlik bilan hal qilinishi kerak bo'lgan muammo paydo bo'ldi: mutlaq qora jismning nurlanish grafigini nazariy tushuntirish. Mukammal qora tana nima? ( Talabalarning farazlari. “Termal radiatsiya” videoklipining namoyishi .)

O'qituvchi. Yozing: "To'liq qora tana - bu butun nurlanish oqimini, har qanday to'lqin uzunlikdagi (har qanday chastota) barcha elektromagnit to'lqinlarni aks ettirmasdan o'zlashtira oladigan tanadir."

Ammo mutlaqo qora jismlarning yana bir xususiyati bor. Nega qora terili odamlar ekvatorial hududlarda yashashini eslaysizmi? "Qora jismlar, agar qizdirilsa, boshqa jismlarga qaraganda yorqinroq porlaydi, ya'ni ular barcha chastota diapazonlarida energiya chiqaradilar", - buni daftaringizga yozing.

Olimlar butunlay qora jismning nurlanish spektrini eksperimental tarzda aniqladilar. ( Grafik chizadi.) R n - energetik yorqinlikning spektral zichligi - birlik chastota oralig'ida jismning sirt birligidan vaqt birligida chiqariladigan elektromagnit nurlanish energiyasi. Maksvellning elektromagnit maydon nazariyasi elektromagnit to'lqinlarning mavjudligini bashorat qilgan, ammo bu nazariya asosida tuzilgan nazariy qora jismning nurlanish egri chizig'i yuqori chastotali mintaqadagi eksperimental egri chiziqqa mos kelmaydi. O'sha davrning eng zo'r aqllari muammo ustida ishladilar: ingliz lord Rayleigh va J. Jeans, nemislar P. Kirchhoff va V. Wien, Moskva professori V.A. Mikhelson. Hech narsa ishlamadi!

Mavjud vaziyatdan chiqish yo'lini taklif qiling. Nazariy egri eksperimentaldan farq qiladi. Qanday bo'lish va nima qilish kerak? ( Talabalar gipotezalarini ifodalaydilar: tajribalarni yanada ehtiyotkorlik bilan o'tkazish - ular qildilar, natija bir xil; nazariyani o'zgartirish - lekin bu falokat, klassik fizikaning minglab yillar davomida yaratilgan butun poydevori qulab tushadi!) Fizikada yaratilgan vaziyat deb nomlangan ultrabinafsha falokat.

Yozing: "Klassik fizika usullari yuqori chastotali mintaqada butunlay qora jismning nurlanishini tushuntirish uchun etarli emas edi - bu "ultrabinafsha falokat" edi.

Bu inqiroz nima uchun nomlanganini kim taxmin qila oladi ultrabinafsha falokat, va infraqizil yoki binafsha emasmi? Fizikada inqiroz boshlandi! Yunoncha so'z kysē [ inqiroz] bir barqaror holatdan ikkinchisiga qiyin o‘tishni bildiradi. Muammoni hal qilish kerak edi va zudlik bilan hal qilish kerak edi!

V.O'qituvchi. Va shuning uchun 1900 yil 19 oktyabrda Fizika jamiyatining yig'ilishida nemis olimi M. Plank mutlaq qora jismning nurlanishini hisoblash uchun formuladan foydalanishni taklif qildi. E = h n. Plankning do‘sti va hamkasbi Geynrix Rubens tun bo‘yi o‘z stolida o‘tirib, o‘z o‘lchovlarini Plank formulasi bo‘yicha berilgan natijalar bilan solishtirdi va hayratda qoldi: uning do‘stining formulasi mutlaq qora jismning nurlanish spektrini eng mayda detallarigacha tasvirlab berdi! Shunday qilib, Plankning formulasi "ultrabinafsha falokat" ni yo'q qildi, ammo bu qanday xarajat evaziga! Plank, o'rnatilgan qarashlarga zid ravishda, moddaning atomlari tomonidan nurlanish energiyasining chiqarilishi diskret, ya'ni qismlarda, kvantlarda sodir bo'lishini taklif qildi. "Kvant" ( miqdori) lotin tilidan tarjima qilingan oddiy ma'noni anglatadi miqdori .

"Diskret" nimani anglatadi? Keling, fikrlash tajribasini o'tkazaylik. Tasavvur qiling-a, sizning qo'lingizda suv bilan to'la idish bor. Yarim quyish mumkinmi? Bir qultum ichsa-chi? Va hatto kamroqmi? Asos sifatida, suvning massasini o'zboshimchalik bilan oz miqdorda kamaytirish yoki oshirish mumkin. Keling, tasavvur qilaylik, bizning qo'limizda har biri 100 g bo'lgan bolalar kubiklari bor. Masalan, 370 g kamaytirish mumkinmi? Yo'q! Siz kublarni sindira olmaysiz! Shuning uchun qutining massasi diskret ravishda o'zgarishi mumkin, faqat 100 g ga ko'payadigan qismlarda! Qutining massasini o'zgartirish mumkin bo'lgan eng kichik miqdorni chaqirish mumkin qismi, yoki massa kvanti.

Shunday qilib, qizdirilgan qora tanadan uzluksiz energiya oqimi alohida qismlarning "pulemyot portlashi" ga aylandi - energiya kvantlari. Bu hech qanday maxsus narsaga o'xshamaydi. Ammo, aslida, bu klassik fizikaning mukammal qurilgan butun binosini yo'q qilishni anglatardi, chunki doimiylik printsipiga asoslangan asosiy fundamental qonunlar o'rniga Plank diskretlik tamoyilini taklif qildi. Plankning o'zi diskretlik g'oyasini yoqtirmasdi. U nazariyani klassik fizika doirasiga to'liq mos keladigan tarzda shakllantirishga harakat qildi.

Ammo, aksincha, klassik g'oyalar chegarasidan qat'iyroq chiqib ketgan odam bor edi. Bu odam A. Eynshteyn edi. Eynshteyn qarashlarining inqilobiy mohiyatini tushunishingiz uchun aytamanki, Plank g'oyasidan foydalanib, u lazerlar (kvant generatorlari) nazariyasiga va atom energiyasidan foydalanish tamoyiliga asos solgan.

Akademik S.I. Vavilov uzoq vaqt davomida yorug'likning kvant moddasi sifatidagi g'oyasiga ko'nika olmadi, lekin u bu gipotezaning qizg'in muxlisiga aylandi va hatto kvantlarni kuzatish usulini o'ylab topdi. U ko'z 52 kvant yashil yorug'lik tomonidan yaratilgan yorug'likni farqlay olishini hisoblab chiqdi.

Shunday qilib, Plankning fikriga ko'ra, yorug'lik ... ( talabalar bayonotlari).

VI. O'qituvchi. Plank gipotezasi sizga yorug'lik tabiati haqidagi allaqachon ma'lum bo'lgan gipotezani eslatmaydimi? Ser Isaak Nyuton yorug'likni mayda zarrachalar - korpuskulalardan iborat deb hisoblashni taklif qildi. Har qanday nurli jism ularni barcha yo'nalishlarda chiqaradi. Ular to'g'ri chiziqlar bo'ylab uchadilar va agar ular bizning ko'zimizga tegsa, biz ularning manbasini ko'ramiz. Har bir rang o'z tanachalariga mos keladi va ular, ehtimol, turli xil massaga ega bo'lishi bilan farqlanadi. Korpuskulalarning birlashgan oqimi oq nur hosil qiladi.

Ser Isaak Nyuton davrida fizika tabiiy falsafa deb atalgan. Nega? Dialektikaning asosiy qonunlaridan biri - inkorni inkor qilish qonunini o'qing (2-ilovaga qarang). Uni yorug'likning tabiati haqidagi savolga qo'llashga harakat qiling. ( Talabalarning fikrlashlari.)

Demak, M.Plank gipotezasiga ko‘ra yorug‘lik zarralar, korpuskulalar, kvantlar oqimi bo‘lib, ularning har biri energiyaga ega. E = h n. Iltimos, ushbu formulani tahlil qiling: n nima? nima bo'ldi h (Talabalardan biri, albatta, bu Plank nomi bilan atalgan doimiy narsa ekanligini aytadi)? Plank doimiysining birligi nima? doimiyning qiymati nima ( fizik konstantalar jadvali bilan ishlash)? Plank doimiysi qanday nomlanadi? Plank doimiysining fizik ma'nosi nima?

Plank formulasining go'zalligini qadrlash uchun keling, muammolarga murojaat qilaylik ... biologiya. Talabalarni biologiya fanidan savollarga javob berishga taklif qilaman (3-ilova).

Ko'rish mexanizmi. Ko'rish orqali biz dunyo haqidagi ma'lumotlarning 90% ga yaqinini olamiz. Shu sababli, ko'rish mexanizmi masalasi doimo odamlarni qiziqtirgan. Nima uchun inson ko'zi va haqiqatan ham Yer aholisining aksariyati tabiatda mavjud bo'lgan elektromagnit nurlanish spektridan faqat kichik bir to'lqin diapazonini sezadi? Agar odam infraqizil ko'rish qobiliyatiga ega bo'lsa, masalan, ilon kabi?

Kechasi biz kunduzi kabi barcha organik jismlarni ko'ramiz, chunki ularning harorati jonsiz jismlarning haroratidan farq qiladi. Ammo biz uchun bunday nurlarning eng kuchli manbai o'z tanamiz bo'ladi. Agar ko'z infraqizil nurlanishga sezgir bo'lsa, Quyosh nuri biz uchun o'z nurlanishi fonida shunchaki o'chib ketadi. Biz hech narsani ko'rmagan bo'lardik, ko'zlarimiz befoyda bo'lardi.

Nega bizning ko'zlarimiz infraqizil nurlarga ta'sir qilmaydi? Keling, quyidagi formula yordamida infraqizil va ko'rinadigan yorug'lik kvantlarining energiyasini hisoblaylik:

IQ kvantlarining energiyasi ko'rinadigan yorug'lik kvantlarining energiyasidan kamroq. Bir nechta kvantlar bitta kvantning kuchidan tashqari harakatni keltirib chiqarish uchun "birlasha olmaydi" - mikrodunyoda kvant va zarracha o'rtasida yakkama-yakka o'zaro ta'sir mavjud. Faqat infraqizil yorug'likdan kattaroq energiyaga ega bo'lgan ko'rinadigan yorug'likning kvanti rodopsin molekulasida, ya'ni retinal tayoqchada reaktsiyaga olib kelishi mumkin. Ko'rinadigan yorug'lik kvantining ko'zning to'r pardasiga ta'sirini tennis to'pi ta'siriga qiyoslash mumkin, u ko'chgan ... ko'p qavatli bino. (To'r pardaning sezgirligi juda yuqori!)

Nima uchun ko'z ultrabinafsha nurlanishiga ta'sir qilmaydi? UV nurlanishi ham ko'zga ko'rinmaydi, garchi UV kvantlarining energiyasi ko'rinadigan yorug'lik kvantlariga qaraganda ancha katta. Retina ultrabinafsha nurlariga sezgir, ammo ular linzalar tomonidan so'riladi, aks holda ular halokatli ta'sirga ega bo'ladi.

Evolyutsiya jarayonida tirik organizmlarning ko'zlari Yerdagi eng kuchli manba - Quyoshdan keladigan nurlanish energiyasini va aniq Yerga tushadigan quyosh nurlanishining maksimal energiyasini hisoblaydigan to'lqinlarni idrok etishga moslashgan.

fotosintez. Yashil o'simliklarda barcha tirik mavjudotlarning nafas olish va oziq-ovqat uchun kislorod olish jarayoni bir soniya ham to'xtamaydi. Bu fotosintez. Hujayralarida xlorofill borligi sababli barg yashil rangga ega. Fotosintez reaktsiyalari spektrning qizil-binafsha qismida nurlanish ta'sirida sodir bo'ladi va spektrning yashil qismiga mos keladigan chastotali to'lqinlar aks etadi, shuning uchun barglar yashil rangga ega.

Xlorofil molekulalari yorug'lik energiyasini organik moddalarning energiyasiga aylantirishning noyob jarayoni uchun "mas'uldir". Bu xlorofill molekulasi tomonidan yorug'lik kvantining yutilishi bilan boshlanadi. Yorug'lik kvantining yutilishi ko'plab birliklarni o'z ichiga olgan fotosintezning kimyoviy reaktsiyalariga olib keladi.

Kun bo'yi xlorofill molekulalari kvant olgandan so'ng uning energiyasidan foydalanib, uni elektronning potentsial energiyasiga aylantirishi bilan "band bo'ladi". Ularning harakatini to'pni zinapoyaga ko'taradigan mexanizm harakati bilan solishtirish mumkin. Bosqichlarni pastga aylantirganda, to'p o'z energiyasini yo'qotadi, lekin u yo'qolmaydi, balki fotosintez jarayonida hosil bo'lgan moddalarning ichki energiyasiga aylanadi.

Xlorofil molekulalari faqat kunduzi, ko'rinadigan yorug'lik ularga tushganda "ishlaydi". Kechasi ular elektromagnit nurlanishning etishmasligiga qaramay, "dam olishadi": er va o'simliklar infraqizil nurlar chiqaradi, ammo bu diapazondagi kvantlarning energiyasi fotosintez uchun zarur bo'lganidan kamroq. Evolyutsiya jarayonida o'simliklar Yerdagi eng kuchli energiya manbai - Quyosh energiyasini to'plashga moslashgan.

Irsiyat.(Talabalar 3-ilova, “Irsiyat” kartasidagi 1–3 savollarga javob beradilar.). Organizmlarning irsiy xususiyatlari DNK molekulalarida kodlangan va matritsali tarzda avloddan-avlodga uzatiladi. Mutatsiyani qanday keltirib chiqarish mumkin? Mutatsiya jarayoni qanday nurlanish ta'sirida sodir bo'ladi?

Yagona mutatsiyani keltirib chiqarish uchun DNK molekulasiga DNK genining bir qismining tuzilishini o'zgartirish uchun etarli energiya berish kerak. Ma'lumki, g-kvanta va rentgen nurlari, biologlar aytganidek, yuqori mutagen- ularning kvantlari DNK bo'limining tuzilishini o'zgartirish uchun etarli energiyani olib yuradi. Infraqizil nurlanish, va aftidan, bunday harakatni qila olmaydi, ularning chastotasi va shuning uchun energiyasi juda past. Endi, agar elektromagnit maydon energiyasi qismlarga emas, balki doimiy ravishda so'rilsa, bu nurlanishlar DNKga ta'sir qilishi mumkin edi, chunki uning reproduktiv hujayralariga nisbatan organizmning o'zi eng yaqin va eng kuchli, doimiy ishlaydigan manbadir. radiatsiya.

30-yillarning boshlariga kelib. XX asr Kvant mexanikasining muvaffaqiyatlari tufayli fiziklar shunday kuchni his qilishdiki, ular hayotning o'ziga murojaat qilishdi. Genetikada juda ko'p o'xshashliklar mavjud edi. Biologlar bir holatdan ikkinchi holatga o‘tishi mumkin bo‘lgan diskret bo‘linmas zarracha – genni topdilar. Genlar konfiguratsiyasidagi o'zgarishlar mutatsiyalarni keltirib chiqaradigan xromosomalarning o'zgarishi bilan bog'liq va buni kvant tushunchalari asosida tushuntirish mumkin bo'ldi. Molekulyar biologiya asoschilaridan biri, bakteriya va bakteriofaglardagi mutatsiya jarayonlari sohasidagi tadqiqotlari uchun Nobel mukofotini olgan nemis nazariyotchi fizigi M.Delbryuk edi. 1944 yilda fizik E. Shredingerning «Hayot nima?» nomli qisqacha kitobi nashr etildi. U genetika asoslarini aniq va qisqacha bayon qildi va genetika va kvant mexanikasi o'rtasidagi bog'liqlikni ochib berdi. Kitob fiziklarning genga hujum qilishiga turtki berdi. Amerikalik fiziklar J. Uotson, F. Krik, M. Uilkinslarning ishi tufayli biologlar eng asosiy "tirik" molekula DNK qanday "tuzilish" ekanligini bilib oldilar. X-nurlarining diffraksion tahlili uni ko'rish imkonini berdi.

VII. O'qituvchi. Men savolga qaytaman: yorug'lik nima? ( Talabalar javoblari.) Ma'lum bo'lishicha, fizika yorug'likning to'lqin sifatidagi g'oyasini rad etib, Nyuton yorug'lik zarrasi - korpuskulaga qaytgan? Yo'q! Yorug'likning to'lqin nazariyasining butun merosini kesib bo'lmaydi! Zero, yorug'likning to'lqin ekanligini eksperimental ravishda tasdiqlovchi diffraktsiya, interferentsiya va boshqa ko'plab hodisalar uzoq vaqtdan beri ma'lum. Nima qilishim kerak? ( Talabalarning gipotezalari.)

Faqat bitta narsa qoldi: qandaydir tarzda to'lqinlarni zarralar bilan birlashtirish. E'tirof etingki, yorug'lik to'lqin xossalarini ko'rsatadigan hodisalarning bir doirasi va yorug'likning korpuskulyar mohiyati birinchi o'rinda turadigan yana bir doira bor. Boshqacha qilib aytganda - yozing! - yorug'lik bor kvant to'lqinlarining dualligi! Bu yorug'likning ikki tomonlama tabiati. Fiziklar uchun shu paytgacha bir-biriga mos kelmaydigan ikkita fikrni birlashtirish juda qiyin edi. Zarra qattiq, o'zgarmas, ma'lum bir o'lchamga ega, kosmosda cheklangan narsadir. To'lqin - bu aniq chegaralari bo'lmagan suyuqlik, barqaror narsa. Ko'proq yoki kamroq aniq, bu g'oyalar to'lqin paketi tushunchasi yordamida bog'langan. Bu ikkala uchida "kesilgan" to'lqinga o'xshash narsa, aniqrog'i, kosmosda bir butun bo'lib harakatlanadigan to'lqinlar to'plami. Pıhtı kiradigan muhitga qarab qisqarishi yoki cho'zilishi mumkin. U uchayotgan buloqqa o'xshaydi.

Yorug'lik bir muhitdan ikkinchisiga o'tganda to'lqin paketining qaysi xususiyati o'zgaradi? ( Talabalar javoblari.)

1927 yilda amerikalik fizik Lyuis ushbu to'lqin paketini chaqirishni taklif qildi foton(yunoncha phōtós [phos, photos] dan - ). Foton nima? ( Talabalar darslik bilan ishlaydilar va xulosalar chiqaradilar.)

Xulosa. Foton bu: elektromagnit nurlanish kvanti; massasiz zarracha; tinch holatda foton mavjud emas; vakuumda yorug'lik tezligida harakatlanadigan zarracha. c= 3 10 8 m/s yagona butun va bo'linmas, fotonning kasr qismining mavjudligi mumkin emas; energiyaga ega zarra E = h n, qayerda h= 6,63 · 10 -34 J · s; n - yorug'lik chastotasi; impulsli zarracha elektr neytral zarradir.

Dunyo shunday tuzilganki, yorug'lik bizga ko'pincha to'lqin tabiatini ko'rsatadi, biz uning materiya bilan o'zaro ta'sirini ko'rib chiqmagunimizcha. Va materiya oldimizda korpuskulyar shaklda paydo bo'ladi, toki biz atomlararo bog'lanishlarning tabiatini, uzatish jarayonlarini, elektr qarshiligini va hokazolarni ko'rib chiqishni boshlagunimizcha. Lekin har bir lahzadagi pozitsiyamizdan qat'i nazar, mikrozarracha ikkala xususiyatga ham ega.

Kvant nazariyasini va xususan, yorug'likning kvant nazariyasini yaratish jarayoni chuqur dialektikdir. Eski, klassik mexanika va optikaning yangi g‘oyalar bilan boyitilgan, fizik voqelikka ijodiy tatbiq etilgan g‘oyalari va obrazlari pirovardida tubdan yangi fizika nazariyasini vujudga keltirdi.

Mashq qilish: Qarama-qarshiliklarning birligi va kurashi haqidagi falsafiy qonunni o'qing va yorug'likning ikkita nazariyasi: yorug'likning to'lqin va kvant nazariyalari bo'yicha xulosa chiqaring.

VIII. O'qituvchi. 1924 yilda frantsuz fizigi Lui de Broyl (sobiq harbiy radiotelegraf operatori) atom zarralari harakatining tabiati haqida hatto o'sha davrning jasur fiziklari uchun ham mutlaqo paradoksal fikrlarni bildirdi. De Broyl elektronlar va boshqa zarralarning xossalari, qoida tariqasida, kvantlarning xossalaridan farq qilmaydi, deb taklif qildi! Bundan kelib chiqadiki, elektronlar va boshqa zarralar ham to'lqin xossalariga ega bo'lishi kerak, masalan, elektron diffraktsiyasini kuzatish kerak. Va haqiqatan ham tajribalarda 1927 yilda bir-biridan mustaqil ravishda amerikalik fiziklar K.-J tomonidan amalga oshirilganligi aniqlandi. Devisson va L. Germer, sovet fizigi P.S. Tartakovskiy va ingliz fizigi J.-P. Tomson. De Broyl to'lqin uzunligi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:

De Broyl to‘lqin uzunligini hisoblash masalalarini yechamiz (4-ilova).

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, valentlik elektron atom ichida 0,01 tezlikda harakat qiladi Bilan, toʻlqin uzunligi ~10 -10 m boʻlgan toʻlqin sifatida ionli kristall panjarada diffraktatsiya qiladi va taxminan 500 m/s tezlikda uchayotgan oʻqning toʻlqin uzunligi taxminan 10 -34 m. Bunday kichik toʻlqin uzunligini qayd qilib boʻlmaydi. har qanday tarzda va shuning uchun o'q haqiqiy zarracha kabi harakat qiladi.

Ilm-fanning boshidanoq olib borilgan materiyaning diskretligi va uzluksizligi g'oyalari o'rtasidagi kurash elementar zarralarning ikki tomonlama xususiyatlari g'oyasida ikkala g'oyaning birlashishi bilan yakunlandi. Elektronlarning to'lqin xususiyatlaridan foydalanish mikroskoplarning aniqligini sezilarli darajada oshirish imkonini berdi. Elektronning to'lqin uzunligi tezlikka, shuning uchun elektronlarni tezlashtiradigan kuchlanishga bog'liq (4-ilovadagi 5-masalaga qarang). Ko'pgina elektron mikroskoplarda de Broyl to'lqin uzunligi yorug'lik to'lqin uzunligidan yuzlab marta kichikdir. Yagona molekulalargacha bo'lgan kichikroq narsalarni ham ko'rish mumkin bo'ldi.

Kvant fizikasining buyuk binosining asosi bo'lgan to'lqin mexanikasi tug'ildi. De Broyl yorug'likning interferensiya va difraksiyasi nazariyasiga asos soldi, Plank formulasining yangi hosilasini berdi va zarralar harakati va ular bilan bog'liq bo'lgan to'lqinlar o'rtasida chuqur muvofiqlikni o'rnatdi.

Har qanday nazariyani o'rganayotganda, biz doimo ushbu nazariyaning qo'llanilishi chegaralarini qayd etdik. Kvant nazariyasini qo'llash chegaralari hali aniqlanmagan, ammo uning qonunlari kosmosning kichik hududlarida va elektromagnit to'lqinlarning yuqori chastotalarida mikrozarrachalarning harakatini tavsiflash uchun qo'llanilishi kerak, o'lchash asboblari individual kvantlarni (energiya) ro'yxatga olish imkonini beradi. ~10 -16 J). Shunday qilib, kvantlarining energiyasi yuqorida belgilangan chegaradan ikki baravar katta bo'lgan modda va rentgen nurlanishining o'zaro ta'sirini tasvirlash uchun kvant fizikasi qonunlarini qo'llash va ularning xususiyatlarini tavsiflash kerak. radioto'lqinlar, klassik elektrodinamika qonunlari juda etarli. Shuni esda tutish kerakki, kvant nazariyasi uchun asosiy "sinov maydoni" atom va atom yadrosi fizikasidir.

Bugungi darsni yakunlab, men sizga yana bir bor savol beraman: yorug'lik nima? ( Talabalar javoblari.)

Adabiyot

1. Myakishev G.Ya., Buxovtsev B.B. Fizika. 11-sinf: tarbiyaviy. umumiy ta'lim muassasalari uchun: asosiy va kasbiy. darajalari. M.: Ta'lim, 2009 yil.
2. Xalq ta'limi uchun video ensiklopediya. Lennauchfilm. "Kvart" video studiyasi. [Elektron resurs] 2-sonli kaset "Issiqlik nurlanishi".
3. Tomilin A.N. Kelib izlashda: ilmiy-pop. nashr. L .: Det. adabiyot, 1990 yil.
4. Kvant mexanikasi. Kvant elektrodinamika // Entsikl. sl. yosh fizik / Comp. V.A. Chuyanov. M.: Pedagogika, 1984 yil.
5. Koltun M. Fizika olami. M .: Det. adabiyot, 1984 yil.
6. Solopov E.F. Falsafa: darslik. talabalar uchun yordam yuqoriroq darslik muassasalar. M.: Vlados, 2003 yil.
7. Ilchenko V.R. Fizika, kimyo, biologiya chorrahasi: kitob. talabalar uchun. M.: Ta'lim, 1986 yil.
8. Katz Ts.B. Fizika darslarida biofizika: kitob. o'qituvchi uchun. M.: Ta'lim, 1988 yil.

Elena Stepanovna Uvitskaya– oliy malaka toifali fizika o‘qituvchisi, Tula davlat pedagogika institutini tamomlagan. L.N. Tolstoy 1977 yilda Uralga, kichik sanoat shaharchasi Lisvaga tayinlangan va u hali ham ishlaydi. Rossiya Federatsiyasining umumiy ta'limning faxriy xodimi, fizika va matematika o'qituvchilari uchun Butunrossiya tanlovi g'olibi (Dynasty Foundation). Bitiruvchilar ko'p yillar davomida Yagona davlat imtihonini muvaffaqiyatli topshirib, Moskva, Sankt-Peterburg, Yekaterinburg va Permdagi universitetlarga o'qishga kirishdi. Bir marta, Zumrad plansheti haqida o'qiganimdan so'ng, afsonaviy Germes g'oyasining dolzarbligi meni hayratda qoldirdi: bizning koinotimizdagi har bir narsa, ob'ekt, jarayon bir-birining va bir butunning xususiyatlarini o'z ichiga oladi. O'shandan beri u fanlararo aloqalar va o'xshatishlarga katta e'tibor beradi: fizika va biologiya, fizika va matematika, fizika va adabiyot, hozir esa fizika va ingliz tili. U talabalar bilan, ayniqsa, boshlang'ich maktabda ilmiy ish bilan shug'ullanadi: elektr qaerda yashaydi? Nima uchun oddiy suv juda g'ayrioddiy? Bu qanday, yulduzlarning sirli olami? Oilada ikki o'g'il bor, ikkalasi ham Perm davlat texnika universitetini tamomlagan. Yoshi muhandis, kattasi karate-do o'qituvchisi, qora kamar sohibi, ikkinchi dan, Rossiyaning ko'p karra chempioni, Yaponiyadagi jahon chempionati ishtirokchisi. O'qituvchining muvaffaqiyati uning erining yordamisiz, ta'lim bo'yicha elektr muhandisi: tajribalar ishlab chiqish va o'tkazish, yangi qurilmalar yaratish, turli xil hayotiy vaziyatlarda yordam beradigan yordam va maslahatlarsiz imkonsiz bo'lar edi.

Barcha arizalar ichida berilgan. - Ed.

Maksvell nazariyasining rolini mashhur fizik Robert Feynman eng yaxshi ifodalagan: “Insoniyat tarixida (agar biz unga nazar tashlasak, deylik, 10 000 yil o'tgach), 19-asrning eng muhim voqeasi, shubhasiz, Maksvellning kashfiyoti bo'ladi. elektrodinamika qonunlari. Ushbu muhim ilmiy kashfiyot fonida o'sha o'n yillikdagi Amerika fuqarolar urushi kichik provinsiya hodisasiga o'xshaydi.

Plank gumanitar fanlarni yoki fizikani tanlashda uzoq vaqt ikkilanib turdi. Plankning barcha asarlari nafislik va go'zallik bilan ajralib turadi. Ular haqida A. Eynshteyn shunday yozgan edi: “Uning asarlarini o‘rganar ekan, badiiylik talabi uning ijodining asosiy buloqlaridan biri ekani haqidagi taassurot paydo bo‘ladi”.

Dars maqsadlari:

Tarbiyaviy: o‘quvchilarda fotoeffekt haqida tasavvur hosil qilish va uning bo‘ysunadigan qonunlarini o‘rganish; virtual tajriba yordamida fotoelektrik effekt qonunlarini sinab ko'ring.

Rivojlantiruvchi: mantiqiy fikrlashni rivojlantirish.

Tarbiyaviy: xushmuomalalikni (muloqot qilish qobiliyatini), e'tiborni, faollikni, mas'uliyat hissini tarbiyalash, mavzuga qiziqishni uyg'otish.

Darslar davomida

I. Tashkiliy moment.

- Bugungi dars mavzusi "Fotoeffekt".

Ushbu qiziqarli mavzuni ko'rib chiqayotganda, biz "Kvant fizikasi" bo'limini o'rganishni davom ettiramiz, biz yorug'lik materiyaga qanday ta'sir qilishini va bu ta'sir nimaga bog'liqligini aniqlashga harakat qilamiz. Lekin birinchi navbatda, biz oxirgi darsda o'tilgan materialni ko'rib chiqamiz, ularsiz foto effektning nozik tomonlarini tushunish qiyin bo'ladi. Oxirgi darsda biz Plank gipotezasini ko'rib chiqdik.

Tizim chiqaradigan va yutadigan energiyaning minimal miqdori qancha? (kvant)

“Energiya kvanti” tushunchasini fanga birinchi marta kim kiritgan? (M. Plank)

Qanday eksperimental bog'liqlik kvant fizikasining paydo bo'lishiga yordam berganligini tushuntirish? (qistirilgan qattiq jismlarning nurlanish qonuni)

Biz butunlay qora tanada qanday rangni ko'ramiz? (haroratga qarab har qanday rang)

III. Yangi materialni o'rganish

20-asr boshlarida kvant nazariyasi - elementar zarralar va ulardan tashkil topgan tizimlarning harakati va oʻzaro taʼsiri nazariyasi vujudga keldi.

Issiqlik nurlanishining qonuniyatlarini tushuntirish uchun M.Plank atomlar elektromagnit energiyani uzluksiz emas, balki alohida qismlarda - kvantlarda chiqarishni taklif qildi. Har bir bunday qismning energiyasi formula bilan aniqlanadi E = h, Qayerda
-Plank doimiysi; v - yorug'lik to'lqinining chastotasi.

Kvant nazariyasining to'g'riligini yana bir tasdig'i 1905 yilda Albert Eynshteynning tushuntirishi edi. hodisa fotoelektrik effekt

Foto effekt- yorug'lik ta'sirida qattiq va suyuq moddalardan elektronlarning chiqarilishi hodisasi.

FOTO effekt turlari:

1. Tashqi fotoelektr effekti - elektromagnit nurlanish ta'sirida moddaning elektronlar chiqarishi. Tashqi fotoelektr effekti qattiq jismlarda ham, gazlarda ham kuzatiladi.

2. Ichki fotoelektrik effekt - bu o'tkazgich yoki dielektrik ichidagi elektronlarning tashqariga chiqmasdan bog'langan holatdan erkin holatga o'tishiga olib keladigan elektromagnit nurlanish.

3. Valf fotoelektr effekti - fotosuratning ko'rinishi - emf. ikki xil yarimo'tkazgich yoki yarimo'tkazgich va metallning kontaktini yoritganda.

Fotoelektrik effekt 1887 yilda nemis fizigi tomonidan kashf etilgan G. Xertz 1888–1890 yillarda esa A.G.Stoletov tomonidan eksperimental oʻrganilgan. Fotoelektrik effekt hodisasini eng toʻliq oʻrganishni 1900-yilda F.Lenard olib bordi.Bu vaqtga kelib elektron allaqachon kashf etilgan (1897, J. Tomson) va fotoelektr effekti (aniqrogʻi, tashqi fotoeffekt) unga tushgan yorugʻlik taʼsirida moddadan elektronlarning chiqarilishidan iborat ekanligi maʼlum boʻldi.

Fotoelektrik effektni o'rganish.

Fotoelektrik effekt bo'yicha birinchi tajribalar Stoletov tomonidan 1888 yil fevral oyida boshlangan.

Tajribalarda yuzasi yaxshilab tozalangan ikkita metall elektrodli shisha vakuumli shishadan foydalanildi. Elektrodlarga biroz kuchlanish qo'llanilgan U, uning qutblari ikki tugma yordamida o'zgartirilishi mumkin. Elektrodlardan biri (katod K) ma'lum bir to'lqin uzunligining monoxromatik nuri bilan kvarts oynasi orqali yoritilgan. Doimiy yorug'lik oqimida fototokning kuchiga bog'liqligi olingan I qo'llaniladigan kuchlanishdan.

Fotoelektrik effekt qonunlari

To'yinganlik fototoki tushayotgan yorug'lik oqimiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq emas.

Har bir modda uchun fotoeffektning qizil chegarasi deb ataladigan minimal o'rnatilgan chastota mavjud bo'lib, undan pastda fotoelektr effekti mumkin emas.

M.Plank gipotezasiga ko'ra, elektromagnit to'lqin alohida fotonlardan iborat bo'lib, nurlanish uzluksiz - kvantlarda, fotonlarda sodir bo'ladi. Shunday qilib, yorug'likning yutilishi ham uzluksiz sodir bo'lishi kerak - fotonlar o'z energiyasini butun moddaning atomlari va molekulalariga o'tkazadi.

- Fotoelektrik effekt uchun Eynshteyn tenglamasi

mv 2 /2 = eU 0 - fotoelektronning kinetik energiyasining maksimal qiymati;

- fotoelektr effekti mumkin bo'lgan yorug'likning minimal chastotasi;

V max = hc/ Aout - fotoelektr effekti mumkin bo'lgan maksimal yorug'lik chastotasi

- qizil fotosurat effekti chegarasi

- foton impulsi

Atamalar va tushunchalarni tushuntirish bilan suhbat.

Yorug'lik ta'sirida moddaning elektron chiqarishi hodisasi... deyiladi.

1 s ichida modda yuzasidan yorug'lik chiqaradigan elektronlar soni ... ga to'g'ri proportsionaldir.

Fotoelektronlarning kinetik energiyasi ... bilan chiziqli ravishda ortadi va ... ga bog'liq emas.

Har bir modda uchun yorug'likning minimal chastotasi mavjud bo'lib, unda fotoelektr effekti hali ham mumkin. Bu chastota deyiladi ...

Modda yuzasidan elektronlarni olib tashlash uchun bajarilishi kerak bo'lgan ishlarga... deyiladi.

Eynshteynning fotoelektr effekti uchun tenglamasi (formulyatsiya)…

IV. Bilimlarni umumlashtirish va mustahkamlash.

Masala 1. Metalldan elektronning ish funksiyasi 3,3 * 10 -19 J bo'lsa, fotoeffekt hali ham kuzatiladigan yorug'likning eng past chastotasi qancha?

Vazifa 2. Ko'rinadigan spektrning eng uzun va eng qisqa to'lqinlariga mos keladigan fotonning energiyasini, massasini va impulsini aniqlang?

Yechim:

Muammo 3. Agar ish funktsiyasi A = 1,32 EV bo'lsa, kaliy uchun fotoelektr effekti chegarasini toping?

Yechim:

Eynshteyn tenglamasida

Yozgan formulalardan foydalanib, quyidagi masalalarni yeching o'z-o'zidan.

Plastinka materiali uchun ish funktsiyasi 4 eV ni tashkil qiladi. Plastinka monoxromatik yorug'lik bilan yoritilgan. Agar fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi 2,5 eV bo'lsa, tushayotgan yorug'lik fotonlarining energiyasi qanday bo'ladi?

Nikel plitasi foton energiyasi 8 eV bo'lgan elektromagnit nurlanishga ta'sir qiladi. Bunda fotoelektr effekti natijasida plastinkadan maksimal energiyasi 3 eV bo'lgan elektronlar chiqariladi. Nikeldan elektronlarning ish funktsiyasi qanday?

Energiyasi 12 eV bo'lgan fotonlar oqimi metalldan fotoelektronlarni chiqarib tashlaydi, ularning maksimal kinetik energiyasi ish funktsiyasidan 2 baravar kam. Berilgan metall uchun ish funksiyasini aniqlang.

Metalldan chiqib ketayotgan elektronning ish funksiyasi. Elektronlarni urib yuboradigan nurlanishning maksimal to'lqin uzunligini toping.

Agar fotoeffektning qizil chegarasi 0,255 mkm bo'lsa, metalldan elektronlarning ish funktsiyasini aniqlang.

Ba'zi metallar uchun fotoelektr effektining qizil chegarasi chastotali yorug'likdir . To'lqin uzunligi bo'lgan nurlanish ta'sirida elektronlar oladigan kinetik energiyani aniqlang

"Fotoelektrik effektni qo'llash" mavzusida taqdimot tayyorlang