Бүгүн биз Лебедевдин жарык фотондорунун басымын далилдөө боюнча эксперименти жөнүндө сүйлөшөбүз. Бул ачылыштын маанилүүлүгүн жана ага алып келген өбөлгөлөрдү ачып беребиз.
Билимге кызыгуу
Кызыкчылык феноменине карата эки көз караш бар. Бири "кызык Варваранын мурдун базарда жулуп алды" деген сөз менен айтылса, экинчиси "кызыкчылык жамандык эмес" деген сөз менен айтылат. Бул парадокс оңой чечилет, эгерде кимдир бирөө кызыкчылыкты жактырбаган же тескерисинче керек болгон аймактарды айырмалай алса.
Иоганнес Кеплер илимпоз болуу үчүн төрөлгөн эмес: атасы согушка катышкан, ал эми апасы таверна кармаган. Бирок анын өзгөчө жөндөмү бар жана, албетте, кызык болчу. Кошумчалай кетсек, Кеплер көрүү начарлоосунан жабыркаган. Бирок ал ачылыштарды жасаган, анын аркасында илим жана бүткүл дүйнө азыр ошол жерде. Иоганнес Кеплер Коперниктин планетардык системасын тактоосу менен белгилүү, бирок бүгүн окумуштуунун башка жетишкендиктери тууралуу сөз кылабыз.
Инерция жана толкун узундугу: Орто кылымдагы мурас
Мындан 50 миң жыл мурун математика жана физика "Искусство" бөлүмүнө кирген. Ошондуктан Коперник телолордун кыймылынын механикасы (анын ичинде асман телолору), оптика жана тартылуу күчү менен алектенген. Ал инерциянын бар экенин далилдеген. КорутундуларданБул илимпоз заманбап механиканы, денелердин өз ара аракеттешүүсү жөнүндөгү түшүнүктү, тийип жаткан объекттердин ылдамдык алмашуусу жөнүндөгү илимди өстүргөн. Коперник ошондой эле сызыктуу оптиканын гармониялык системасын иштеп чыккан.
Ал төмөнкүдөй түшүнүктөрдү киргизген:
- "жарыктын сынуусу";
- "сынуу";
- "оптикалык огу";
- "жалпы ички чагылдыруу";
- "жарыктандыруу".
Жана анын изилдөөлөрү акыры жарыктын толкундуу мүнөзүн далилдеп, фотондордун басымын өлчөө боюнча Лебедев экспериментине алып келди.
Жарыктын кванттык касиеттери
Биринчиден, жарыктын маңызын аныктап, анын эмне экендиги жөнүндө сөз кылуу керек. Фотон – электромагниттик талаанын кванты. Бул бүтүндөй космосто кыймылдаган энергия пакети. Фотондон бир аз энергияны "тиштеп" албайсыз, бирок аны өзгөртүүгө болот. Мисалы, жарыкты зат сиңирип алса, дененин ичинде анын энергиясы өзгөрүп, башка энергия менен фотонду кайра чыгара алат. Бирок формалдуу түрдө бул сиңирилген жарыктын кванты болбойт.
Мунун мисалы катуу металл шар болот. Эгерде заттын бир бөлүгү анын бетинен үзүлүп кетсе, анда формасы өзгөрөт, ал тоголок болбой калат. Бирок эгер сиз бүт нерсени эритип, бир аз суюк металлды алып, андан кийин калдыктардан кичирээк топ түзсөңүз, анда ал кайрадан шар болуп калат, бирок мурункудай эмес.
Жарыктын толкун касиеттери
Фотондор толкундун касиетине ээ. Негизги параметрлер:
- толкун узундугу (мейкиндикти мүнөздөйт);
- жыштык (мүнөздөгөнубакыт);
- амплитуда (термелүү күчүн мүнөздөйт).
Бирок электромагниттик талаанын кванты катары фотондун да таралуу багыты бар (толкун вектору катары белгиленет). Мындан тышкары, амплитудалык вектор толкун векторунун айланасында айланып, толкундун поляризациясын түзүүгө жөндөмдүү. Бир эле учурда бир нече фотондун чыгышы менен фаза, тагыраак айтканда, фаза айырмасы да маанилүү факторго айланат. Эсиңизде болсун, фаза - бул толкун фронту убакыттын белгилүү бир моментинде (көбөйүү, максимум, төмөндөө же минимум) болгон термелүүнүн бир бөлүгү.
Масса жана энергия
Эйнштейн акылмандык менен далилдегендей, масса – бул энергия. Бирок, ар бир конкреттүү учурда, бир баалуулук экинчисине айланат, ага ылайык мыйзамды издөө кыйын болушу мүмкүн. Жарыктын жогорудагы бардык толкун мүнөздөмөлөрү энергия менен тыгыз байланышта. Тактап айтканда: толкун узундугун көбөйтүү жана жыштыкты азайтуу азыраак энергияны билдирет. Бирок энергия бар болгондуктан, фотондун массасы болушу керек, демек, жарык басымы болушу керек.
Тажрыйба түзүмү
Бирок фотондор өтө кичинекей болгондуктан, алардын массасы да кичинекей болушу керек. Аны жетишерлик тактык менен аныктай ала турган аппаратты куруу техникалык татаал иш эле. Аны биринчилерден болуп орус окумуштуусу Лебедев Петр Николаевич жеңген.
Эксперименттин өзү буралуунун моментин аныктаган салмактардын конструкциясына негизделген. Күмүш жипке кайчылаш илинген. Анын учуна ар кандай бирдей жука плиталар жабышканматериалдар. Лебедевдин экспериментинде көбүнчө металлдар (күмүш, алтын, никель) колдонулган, бирок слюда да болгон. Бүт структура айнек идишке салынып, анда вакуум пайда болгон. Андан кийин бир табак жарыктандырылып, экинчиси көлөкөдө калган. Лебедевдин тажрыйбасы бир тараптын жарыктанышы таразанын айлана башташына алып келерин далилдеди. Окумуштуу четтөө бурчу боюнча жарыктын күчүн баалаган.
Кыйынчылыктар
20-кылымдын башында жетишээрлик так экспериментти түзүү кыйын болгон. Ар бир физик вакуум түзүүнү, айнек менен иштөөнү жана беттерди жылтыратууну билген. Чынында, билим кол менен алынган. Ал кезде керектүү жабдууларды жүздөгөн даана чыгара турган ири корпорациялар болгон эмес. Лебедевдин аппараты кол менен жасалгандыктан, окумуштуу бир катар кыйынчылыктарга туш болгон.
Ал кездеги вакуум да орточо эмес болчу. Окумуштуу атайын насос менен айнек капкактын астынан абаны сордурган. Бирок эксперимент эң жакшы дегенде сейрек кездешкен атмосферада өттү. Жарыктын басымын (импульстун өтүшүн) аппараттын жарыктанган тарабын ысытуудан бөлүү кыйынга турду: негизги тоскоолдук газдын болушу болгон. Эгерде эксперимент терең вакуумда жүргүзүлсө, анда жарыктанган тараптагы броундук кыймылы күчтүүрөөк молекулалар болмок эмес.
Илгерилетүү бурчунун сезгичтиги көп нерсени каалагандай калтырды. Заманбап бурама тапкычтар радиандын миллиондон бир бөлүгүнө чейин бурчтарды өлчөй алышат. Он тогузунчу кылымдын башында масштабды жөн көз менен көрүүгө болот. Техникаубакыт плиталардын бирдей салмагын жана өлчөмүн камсыз кыла алган эмес. Бул өз кезегинде массаны бир калыпта бөлүштүрүүгө мүмкүн болбой калды, бул моментти аныктоодо да кыйынчылыктарды жаратты.
Жиптин изоляциясы жана түзүлүшү натыйжага чоң таасирин тийгизет. Эгерде металл кесимдин бир учу кандайдыр бир себептерден улам көбүрөөк ысытылган болсо (бул температура градиенти деп аталат), анда зым жарык басымы жок эле бурула башташы мүмкүн. Лебедевдин аппараты абдан жөнөкөй болгонуна жана чоң ката кетиргенине карабастан, жарыктын фотондору менен импульстун өтүү фактысы тастыкталды.
Жарык берүүчү плиталардын формасы
Мурунку бөлүмдө экспериментте болгон көптөгөн техникалык кыйынчылыктар келтирилген, бирок негизги нерсе – жарыкка таасир эткен эмес. Таза теориялык жактан алганда, пластинкага бири-бирине так параллель болгон монохроматтык нурлардын шооласы түшөт деп элестетебиз. Бирок жыйырманчы кылымдын башында жарыктын булагы күн, шамдар жана жөнөкөй ысытуу лампалары болгон. Нурлардын шооласын параллелдүү кылуу үчүн комплекстүү линза системалары курулган. Жана бул учурда булактын жарык интенсивдүүлүгүнүн ийри сызыгы эң маанилүү фактор болгон.
Физика сабагында нурлар бир чекиттен келет деп көп айтышат. Бирок чыныгы жарык генераторлор белгилүү өлчөмдөрү бар. Ошондой эле, жиптин ортосу четтерине караганда көбүрөөк фотон чыгара алат. Натыйжада, лампа айланасындагы кээ бир жерлерди башкаларга караганда жакшыраак жарык кылат. Берилген булактан бирдей жарык менен бүт мейкиндикти айланып өткөн сызык жарыктын интенсивдүүлүгүнүн ийри сызыгы деп аталат.
Кандуу Ай жана жарым-жартылай тутулуу
Вампир романдары кандуу айда адамдар менен табиятта болгон коркунучтуу өзгөрүүлөргө толгон. Бирок бул көрүнүштөн коркпош керек деп айтылбайт. Анткени ал Күндүн чоңдугунун натыйжасы. Биздин борбордук жылдыздын диаметри болжол менен 110 Жер диаметри. Ошол эле учурда көрүнүүчү дисктин бир четинен да, экинчи четинен да чыккан фотондор планетанын бетине жетет. Ошентип, Ай Жердин жарым катмарына түшкөндө, ал толугу менен көмүскөдө калбай, кызыл түскө айланат. Бул көлөкө үчүн планетанын атмосферасы да күнөөлүү: ал кызгылт сары түстөн башка бардык көрүнгөн толкун узундуктарын өзүнө сиңирип алат. Эсиңизде болсун, Күн күн батканда да кызарат жана мунун баары атмосферанын калың катмарынан өткөндүктөн.
Жердин озон катмары кантип жаралган?
Кылдат окурман: "Жарык басымынын Лебедевдин эксперименттерине кандай тиешеси бар?" Жарыктын химиялык эффектиси, демек, фотондун импульс алып жүрүүсүнө байланыштуу. Тактап айтканда, бул кубулуш планетанын атмосферасынын кээ бир катмарлары үчүн жооптуу.
Белгилүү болгондой, биздин аба океаныбыз негизинен күн нурунун ультра кызгылт көк компонентин сиңирет. Болгондо да жердин таштак бети ультра кызгылт көк нурга жуунганда белгилүү формада жашоо мүмкүн болмок эмес. Бирок болжол менен 100 км бийиктикте атмосфера бардыгын сиңире алгыдай калың боло элек. Ал эми ультрафиолет түздөн-түз кычкылтек менен өз ара аракеттенүүгө мүмкүнчүлүк алат. Ал O2 молекулаларын талкалайтатомдорду бошотот жана башка модификацияга айкалыштырат - O3. Таза түрүндө бул газ өлүмгө алып келет. Ошондуктан абаны, сууну, кийимди дезинфекциялоо үчүн колдонулат. Бирок жердин атмосферасынын бир бөлүгү катары ал бардык тирүү жандыктарды зыяндуу радиациянын таасиринен коргойт, анткени озон катмары көрүнүүчү спектрден жогору энергиялары бар электромагниттик талаанын кванттарын абдан эффективдүү сиңирет.
