Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Gdy tęcza już
nie wystarcza

Dowód rzeczowy
nr 1: katastrofa
w ultrafiolecie

Dowód rzeczowy
nr 2: zjawisko
fotoelektryczne

Dowód rzeczowy
nr 3: kto lubi
ciasto z rodzynkami?

Zmagania
Bohr: na skrzydłach
motyla

Dwie minuty dla
energii

No więc?
Uchylenie rąbka
tajemnicy

Człowiek, który
nie znał się
na bateriach

Fale materii
i dama w willi

Fala
prawdopodobieństwa

Co to znaczy, czyli
fizyka kroju i szycia

Niespodzianka
na górskim szczycie

Nieoznaczoność
i inne rzeczy

Utrapienie z podwójną
szczeliną

Newton kontra
Schrödinger

Trzy rzeczy, które
trzeba zapamiętać
o mechanice
kwanowej

Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Dowód rzeczowy nr 2: zjawisko fotoelektryczne
 
Dowód rzeczowy nr 2: zjawisko fotoelektryczne
 
P
rzenieśmy się teraz do Alberta Einsteina pracującego jako urzędnik w  szwajcarskim urzędzie patentowym w  Bernie. Jest rok 1905. Einstein uzyskał doktorat w  roku 1903 i  spędził następne dwanaście miesięcy, dumając nad porządkiem świata i  sensem życia. Ale rok 1905 był dla niego dobrym rokiem. Zdołał rozwiązać trzy ważne problemy gnębiące fizyków: efekt fotoelektryczny (nasz temat), ruchy Browna (sprawdź sobie gdzieś, drogi Czytelniku, co to takiego) i, no tak, sformułował szczególną teorię względności. Einstein zrozumiał, że z  hipotezy Plancka wynika, iż światło, energia elektromagnetyczna, jest wysyłane w  postaci dyskretnych porcji energii hn, a  nie – jak chciała fizyka klasyczna – w  sposób ciągły, kiedy jedna długość fali gładko i  bez zakłóceń przechodzi w  drugą.
       To musiało poddać Einsteinowi pomysł wyjaśnienia obserwacji Heinricha Hertza, który wytwarzał fale radiowe, by wypróbować teorię Maxwella. Hertz robił to w  ten sposób, że wywoływał przeskok iskry między dwiema metalowymi kulkami. Zauważył, że iskry pojawiają się częściej wtedy, gdy kulki są świeżo wypolerowane. Przypuszczał, że polerowanie w  jakiś sposób ułatwiało ładunkom opuszczenie powierzchni kulek. Będąc człowiekiem z  natury dociekliwym, spędził trochę czasu, badając wpływ, jaki światło wywiera na metalowe powierzchnie. Zauważył, że aby odciągnąć ładunki z  metalowej powierzchni, potrzebował iskry niebiesko-fioletowego światła. Te ładunki z  kolei wzmagały proces, pomagając w  formowaniu iskier. Hertz sądził, że polerowanie pozwala usunąć tlenki, które utrudniają oddziaływanie światła z  powierzchnią metalu.
       Niebiesko-fioletowe światło stymulowało elektrony, by wypływały z  metalu, co w  owym czasie wydawało się dziwacznym zjawiskiem. Eksperymentatorzy zajęli się systematycznymi badaniami tego zjawiska i  zauważyli następujące interesujące fakty:
       1. Czerwone światło nie uwalnia elektronów, nawet jeśli jest nadzwyczaj intensywne.
       2. Fioletowe światło, nawet stosunkowo słabe, bardzo łatwo wyzwala elektrony.
       3. Im mniejsza długość fali padającego światła (im bardziej jest ono fioletowe), tym wyższa jest energia uwolnionych elektronów.
       Einstein zdał sobie sprawę, że pomysł Plancka, według którego światło występuje w  porcjach, mógł stanowić klucz do zrozumienia tajemnicy zjawiska fotoelektrycznego. Wyobraźmy sobie elektron, który zajmuje się własnymi sprawami w  pierwszorzędnie wypolerowanej przez Hertza metalowej kulce. Jaki rozdzaj światła może użyczyć temu elektronowi dość energii, by mógł oderwać się od powierzchni kulki? Posługując się równaniem Plancka, Einstein stwierdził, że jeśli długość fali światła jest odpowiednio mała, to elektron otrzymuje dość energii, by oderwać się od powierzchni i  umknąć. Elektron albo połyka od razu całą potrzebną porcję energii, albo nie – rozumował Einstein. Jeśli długość fali połkniętej porcji jest zbyt duża, nie dostarcza ona wystarczającej ilości energii i  elektron nie może uciec. Zalewanie metalu potokami nieudolnych (długofalowych) porcji energii świetlnej na nic się nie zda. Einstein stwierdził, że liczy się energia porcji, a  nie to, ile tych porcji mamy do dyspozycji.
       Pomysł Einsteina działał znakomicie. W  zjawisku fotoelektrycznym kwanty światła, czyli fotony, są absorbowane, a  nie – jak w  teorii Plancka – emitowane. Oba te procesy wymagają kwantów o  energii E = hn. Koncepcja kwantów zaczynała nabierać znaczenia. Istnienie fotonu nie zostało przekonująco udowodnione aż do roku 1923, kiedy to Amerykanin Arthur Compton zdołał wykazać, że foton może się zderzyć z  elektronem, tak jak zderzają się dwie kule bilardowe. Wynikiem zderzenia jest zmiana kierunku ruchu, energii i  pędu. Foton pod każdym względem zachowywał się jak cząstka – szczególnego rodzaju cząstka – w  pewien sposób związana z  częstością drgań, czy też długością fali.
       W  ten sposób wskrzeszono stary spór. Od dawna dyskutowano nad naturą światła. Przypomnijmy, że Newton i  Galileusz utrzymywali, że światło składało się z  cząstek. Duński astronom Christiaan Huygens bronił teorii falowej. Ta historyczna debata newtonowskich cząstek przeciw huygensowskim falom została rozstrzygnięta na początku XIX wieku na korzyść fal przez doświadczenie Thomasa Younga z  podwójną szczeliną (omówimy je wkrótce). Teoria kwantowa wskrzesiła cząstkę – w  postaci fotonu – i  stary dylemat „fala-czy-cząstka” ożył na nowo, by doczekać się niespodziewanego rozstrzygnięcia.
       Ale fizykę klasyczną czekały jeszcze większe trudności: dzięki Ernestowi Rutherfordowi i  dokonanemu przez niego odkryciu jądra atomowego.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach