Hari ini kita akan bercakap tentang eksperimen Lebedev dalam membuktikan tekanan foton cahaya. Kami akan mendedahkan kepentingan penemuan ini dan latar belakang yang membawa kepada penemuan ini.
Ilmu adalah rasa ingin tahu
Terdapat dua sudut pandangan tentang fenomena rasa ingin tahu. Satu diungkapkan dengan kata-kata "hidung Varvara yang ingin tahu telah tercabut di pasar", dan yang lain - dengan pepatah "rasa ingin tahu bukan maksiat." Paradoks ini mudah diselesaikan jika seseorang membezakan antara bidang yang minatnya tidak dialu-alukan atau, sebaliknya, diperlukan.
Johannes Kepler tidak dilahirkan untuk menjadi seorang saintis: bapanya berperang dalam peperangan, dan ibunya memelihara kedai minuman. Tetapi dia mempunyai kebolehan yang luar biasa dan, tentu saja, ingin tahu. Selain itu, Kepler mengalami masalah penglihatan yang teruk. Tetapi dialah yang membuat penemuan, terima kasih kepada sains dan seluruh dunia di mana mereka berada sekarang. Johannes Kepler terkenal kerana menjelaskan sistem planet Copernicus, tetapi hari ini kita akan bercakap tentang pencapaian lain saintis itu.
Inersia dan Panjang Gelombang: Warisan Zaman Pertengahan
Lima puluh ribu tahun dahulu, matematik dan fizik tergolong dalam bahagian "Seni". Oleh itu, Copernicus terlibat dalam mekanik pergerakan badan (termasuk yang angkasa), dan optik, dan graviti. Dialah yang membuktikan kewujudan inersia. Daripada kesimpulanAhli sains ini mengembangkan mekanik moden, konsep interaksi badan, sains pertukaran halaju objek yang bersentuhan. Copernicus juga membangunkan sistem optik linear yang harmoni.
Beliau memperkenalkan konsep seperti:
- "pembiasan cahaya";
- "pembiasan";
- "paksi optik";
- "jumlah pantulan dalaman";
- "penerangan".
Dan penyelidikannya akhirnya membuktikan sifat gelombang cahaya dan membawa kepada eksperimen Lebedev dalam mengukur tekanan foton.
Sifat kuantum cahaya
Pertama sekali, adalah berbaloi untuk menentukan intipati cahaya dan bercakap tentang apa itu. Foton ialah kuantum medan elektromagnet. Ia adalah pakej tenaga yang bergerak melalui ruang secara keseluruhan. Anda tidak boleh "menggigit" sedikit tenaga daripada foton, tetapi ia boleh diubah. Contohnya, jika cahaya diserap oleh sesuatu bahan, maka di dalam badan tenaganya mampu mengalami perubahan dan memancarkan semula foton dengan tenaga yang berbeza. Tetapi secara rasmi, ini bukan kuantum cahaya yang sama yang telah diserap.
Contohnya ialah bola logam pepejal. Jika sekeping bahan terkoyak dari permukaannya, maka bentuknya akan berubah, ia akan berhenti menjadi sfera. Tetapi jika anda mencairkan keseluruhan objek, ambil beberapa logam cair, dan kemudian buat bola yang lebih kecil daripada sisa, maka ia akan menjadi sfera sekali lagi, tetapi berbeza, tidak sama seperti sebelumnya.
Sifat gelombang cahaya
Foto mempunyai sifat gelombang. Parameter asas ialah:
- panjang gelombang (mencirikan ruang);
- frekuensi (mencirikanmasa);
- amplitud (mencirikan kekuatan ayunan).
Walau bagaimanapun, sebagai kuantum medan elektromagnet, foton juga mempunyai arah perambatan (ditandakan sebagai vektor gelombang). Di samping itu, vektor amplitud mampu berputar di sekeliling vektor gelombang dan mewujudkan polarisasi gelombang. Dengan pelepasan serentak beberapa foton, fasa, atau lebih tepatnya perbezaan fasa, juga menjadi faktor penting. Ingat bahawa fasa ialah bahagian ayunan yang terdapat pada hadapan gelombang pada masa tertentu (kenaikan, maksimum, penurunan atau minimum).
Jisim dan tenaga
Seperti yang dibuktikan oleh Einstein, jisim ialah tenaga. Tetapi dalam setiap kes tertentu, pencarian undang-undang mengikut mana satu nilai bertukar kepada nilai lain boleh menjadi sukar. Kesemua ciri gelombang cahaya di atas berkait rapat dengan tenaga. Iaitu: menambah panjang gelombang dan mengurangkan frekuensi bermakna kurang tenaga. Tetapi kerana ada tenaga, maka foton mesti mempunyai jisim, oleh itu, mesti ada tekanan ringan.
Struktur pengalaman
Namun, memandangkan foton sangat kecil, jisimnya juga harus kecil. Untuk membina peranti yang boleh menentukannya dengan ketepatan yang mencukupi adalah tugas teknikal yang sukar. Saintis Rusia Lebedev Petr Nikolaevich adalah orang pertama yang menghadapinya.
Percubaan itu sendiri adalah berdasarkan reka bentuk pemberat yang menentukan momen kilasan. Palang digantung pada seutas benang perak. Dilekatkan pada hujungnya adalah plat nipis yang serupa dengan pelbagaibahan. Selalunya, logam (perak, emas, nikel) digunakan dalam eksperimen Lebedev, tetapi terdapat juga mika. Seluruh struktur diletakkan di dalam bekas kaca, di mana vakum dicipta. Selepas itu, satu pinggan diterangi, manakala satu lagi kekal dalam bayang-bayang. Pengalaman Lebedev membuktikan bahawa pencahayaan satu sisi membawa kepada fakta bahawa skala mula berputar. Mengikut sudut sisihan, saintis menilai kekuatan cahaya.
Mengalami kesukaran
Pada awal abad kedua puluh, sukar untuk menyediakan percubaan yang cukup tepat. Setiap ahli fizik tahu cara mencipta vakum, bekerja dengan kaca dan permukaan mengilat. Malah, ilmu diperoleh secara manual. Pada masa itu, tidak ada syarikat besar yang akan menghasilkan peralatan yang diperlukan dalam ratusan keping. Peranti Lebedev dicipta dengan tangan, jadi saintis itu menghadapi beberapa kesukaran.
Kekosongan pada masa itu bukanlah purata. Saintis itu mengepam keluar udara dari bawah penutup kaca dengan pam khas. Tetapi percubaan itu berlaku paling baik dalam suasana yang jarang berlaku. Sukar untuk memisahkan tekanan cahaya (pemindahan impuls) daripada pemanasan bahagian yang diterangi peranti: halangan utama ialah kehadiran gas. Jika eksperimen dijalankan dalam vakum yang dalam, maka tidak akan ada molekul yang gerakan Brown pada bahagian yang diterangi akan lebih kuat.
Sensitiviti sudut pesongan meninggalkan banyak perkara yang diingini. Pencari skru moden boleh mengukur sudut ke bawah kepada persejuta radian. Pada awal abad kesembilan belas, skala dapat dilihat dengan mata kasar. Teknikmasa tidak dapat memberikan berat dan saiz plat yang sama. Ini, seterusnya, menjadikannya mustahil untuk mengagihkan jisim secara sama rata, yang juga menimbulkan kesukaran dalam menentukan tork.
Penebat dan struktur benang sangat mempengaruhi hasilnya. Jika satu hujung kepingan logam dipanaskan lebih banyak atas sebab tertentu (ini dipanggil kecerunan suhu), maka wayar boleh mula berpusing tanpa tekanan ringan. Walaupun peranti Lebedev agak mudah dan memberikan ralat yang besar, fakta pemindahan momentum oleh foton cahaya telah disahkan.
Bentuk plat lampu
Bahagian sebelumnya menyenaraikan banyak kesukaran teknikal yang wujud dalam percubaan, tetapi tidak menjejaskan perkara utama - ringan. Secara teorinya, kami membayangkan bahawa pancaran sinar monokromatik jatuh di atas pinggan, yang selari dengan satu sama lain. Tetapi pada permulaan abad kedua puluh, sumber cahaya adalah matahari, lilin dan lampu pijar mudah. Untuk menjadikan pancaran sinar selari, sistem kanta kompleks dibina. Dan dalam kes ini, lengkung keamatan cahaya sumber adalah faktor yang paling penting.
Dalam kelas fizik sering dikatakan bahawa sinar datang dari satu titik. Tetapi penjana cahaya sebenar mempunyai dimensi tertentu. Juga, bahagian tengah filamen boleh mengeluarkan lebih banyak foton daripada tepi. Akibatnya, lampu itu menerangi beberapa kawasan di sekelilingnya dengan lebih baik daripada yang lain. Garisan yang mengelilingi seluruh ruang dengan pencahayaan yang sama dari sumber tertentu dipanggil lengkung keamatan bercahaya.
Blood moon dan gerhana separa
Novel Vampire penuh dengan transformasi mengerikan yang berlaku kepada manusia dan alam semula jadi di bulan darah. Tetapi ia tidak mengatakan bahawa fenomena ini tidak perlu ditakuti. Kerana ia adalah hasil saiz Matahari yang besar. Diameter bintang pusat kita adalah kira-kira 110 diameter Bumi. Pada masa yang sama, foton yang dipancarkan dari kedua-dua satu dan satu lagi tepi cakera yang kelihatan mencapai permukaan planet. Oleh itu, apabila Bulan jatuh ke dalam penumbra Bumi, ia tidak sepenuhnya dikaburkan, tetapi, seolah-olah, menjadi merah. Atmosfera planet ini juga harus dipersalahkan untuk naungan ini: ia menyerap semua panjang gelombang yang kelihatan, kecuali yang oren. Ingat, Matahari juga menjadi merah semasa matahari terbenam, dan semuanya tepat kerana ia melalui lapisan atmosfera yang lebih tebal.
Bagaimanakah lapisan ozon Bumi dicipta?
Pembaca yang teliti mungkin bertanya: "Apakah kaitan tekanan cahaya dengan eksperimen Lebedev?" Kesan kimia cahaya, dengan cara itu, juga disebabkan oleh fakta bahawa foton membawa momentum. Iaitu, fenomena ini bertanggungjawab untuk beberapa lapisan atmosfera planet ini.
Seperti yang anda ketahui, lautan udara kita terutamanya menyerap komponen ultraviolet cahaya matahari. Lebih-lebih lagi, kehidupan dalam bentuk yang diketahui akan menjadi mustahil jika permukaan berbatu bumi bermandikan cahaya ultraungu. Tetapi pada ketinggian kira-kira 100 km, suasana masih belum cukup tebal untuk menyerap segala-galanya. Dan ultraviolet mendapat peluang untuk berinteraksi dengan oksigen secara langsung. Ia memecahkan molekul O2 menjadiatom bebas dan menggalakkan gabungannya menjadi pengubahsuaian lain - O3. Dalam bentuk tulennya, gas ini boleh membawa maut. Itulah sebabnya ia digunakan untuk membasmi kuman udara, air, pakaian. Tetapi sebagai sebahagian daripada atmosfera bumi, ia melindungi semua hidupan daripada kesan sinaran berbahaya, kerana lapisan ozon sangat berkesan menyerap kuanta medan elektromagnet dengan tenaga melebihi spektrum yang boleh dilihat.
