مطالب مشابه
با معرفی مجدد مفهوم رها شده،اتر تمام پدیدههای مربوط به نور از دیدگاه منحصرا کلاسیک كاملا قابل توضیح است به این ترتیب توصیف تمامی پرتوهای الکترومغناطیسی را بسیار آسان می کند به ویژه طبیعت نور به عنوان یک موج با تمام قدرت آن برای لرزاندن اترون ها این ذرات نامرئی در جای خود باقی میمانند آنها حرکت نمیکنند بلکه فقط نوسان می کنند و موج را در تمام جهات انتقال می دهند.
تمام پدیده های نور به این ترتیب تنها به کمک فیزیک کلاسیک قابل توضیح است. به سادگی میتوان گفت که نور یک موج است که در ذرات منتشر میشود.
در این قسمت از فصل پنجم دو مورد دیگر را در نظر میگیریم تشعشعات . جسم سیاه دیدگاه د برولی (Louis de Broglie) بر ماده بودن موج این معکوس آنچه است که ما تا کنون در نظر گرفته ایم.
فیزیک کوانتوم کلاسیک
بسیاری از مردم فکر میکنند که فیزیک کوانتومی وجود دارد زیرا ماهیت گسسته اشعه کوانتش را تعریف میکند علاوه بر این برخی فکر میکنند که مقادیر آنها به صورت گسسته اندازه گیری میشوند نه بصورت واحدهای پیوسته این درست است این یکی از ایده های اصلی فیزیک کوانتومی است.
به هر حال این خیلی عجیب نیست این چیزی نیست که فیزیک کوانتومی را به یکی از شاخه های علمی تبدیل میکند که شما نمیتوانید بدون آن کار کنید فیزیک کلاسیک نیز می تواند مقادیر گسسته را توضیح دهد.
طبیعت دوگانه نور و ماده تنها نقطه ای است که در واقع برای فیزیک کلاسیک توصیف صفحه ای از موج الکترومغناطیس را غیر ممکن می سازد ایده انرژیهای کوانتیزه شده زمانی پیشروی میکند که یک نکته بزرگ را در نظر میگیریم تابش جسم سیاه. حال بیایید سعی کنیم این مشکل را توضیح دهیم که فیزیک کلاسیک را برای سالها به چالش کشیده است.
تابش جسم سیاه
وقتی جسمی را گرم می کنیم، شروع به تابش می کند. همچنین زمانی که تابش نمیکند، در میدان مادون قرمز تابش می.شود این درخشش یا تابش هنگامی میتواند توضیح داده شود که در زمان گرما دادن این را در نظر بگیریم که الکترون ها در سطح جسم از نظر حرارتی برانگیخته میشوند و نور را منتشر می.کنند توضیح دادن طیف تابش نوری که توسط جسم سیاه منتشر شده است بسیار سخت است. جسم سیاه یک قسمت از مواد است که نور را مطابق با دمای آن منتشر می.کند وقتی سرد است تمام اشعه را جذب می.کند. برای شبیه سازی جسمی مشابه میتوانیم به وضعیتی مشابه تصویر زیر بیاندیشیم.
تمام نور وارد سوراخ میشود و چندین بار منعکس میشود تا جسم آن را کاملا جذب کند. با استفاده از این مدل میتوانیم طیف اشعه های منتشر شده جسم را مطالعه کنیم. شما می توانید نمودار را در تصویر صفحه بعد مشاهده کنید.
یک نمودار مبهم
این موضوع جالبی به منظور پاسخ به سوال زیر می باشد:
– اگر ستارگان در داخل گنبد آسمان قرار داشته باشند، چگونه می توانیم این واقعیت را که طیف سنجی فاصله های مختلفی را برای هر ستاره اندازه گیری می کند، توضیح دهیم؟ برای شروع بیایید نمودار مبهم طيف جسم سیاه را در نظر بگیریم.
در محور Y انرژی دارید و در محور X طول موج هیچ کس قادر به توصیف این طیف به شیوه ای کلاسیک نبود.
اولین تلاش توسط ویلهلم وین با یک فرمول انجام شد که به خوبی برای بالاتر کار می کرد اما برای فرکانسهای پایین تر کار نکرد تلاش دوم قانون ریلی جینز بود که به خوبی برای فرکانسهای پایین کار میکرد اما برای فرکانسهای بالاتر خیر فاجعه ماوراء بنفش). سپس ماکس پلانک وارد بازی شد.
كوانتیزاسیون انرژی
ماکس پلانک یک راه حل پیدا کرد با این فرض که مقدار انرژی که نور با ماده می تواند مبادله کند، پیوسته نیست (همانطور که قبلا توسط فیزیک کلاسیک بیان شده بلکه بصورت گسسته است پلانک حقیقتا معتقد بود که انرژی ،نور که از طریق سوراخ جسم سیاه منتشر می شود، تنها با چندین عدد صحیح توزیع میشود بر اساس این رابطه:
E = n . h . f
n برابر با 0 و 1و2و3و… است. h ثابت پلانک می باشد و f فرکانس تابش می باشد.
پلانک این معادله را برای توصیف طیف جسم سیاه نوشت:
که البته معادله او یک توصیف کامل و دقیق .است پلانک اظهار داشت که الکترونها بر روی سطح جسم سیاه نمیتوانند در هر سطح انرژی نوسان کنند همانطور که در فیزیک کلاسیک تصور میشود الکترونها میتوانند تنها از مقادیر کوانتومی خاصی انرژی برخوردار شوند و این انرژی چند برابر hf است که در آن بصورت زیر می باشد:
این اولین نتیجه بزرگ فیزیک کوانتومی است اما آیا مطمئن هستید که این وضعیت را نمی توان تحت پوشش فیزیک کلاسیک توضیح داد؟
بگذارید این را در نظر بگیریم که اتر پر از سوراخ جسم سیاه با تمام ذرات نامرئی آن است. اترون ها فقط برای شروع حرکت نوسانی خود منتظرند هنگامی که تابش نور وارد سوراخ می شود هر اترون از E = hf انرژی بدست میآورد که کوانتوم انرژی است. واضح است که یک کوانتوم نور قرمز دارای انرژی کمتر از یک کوانتوم نور آبی است که دارای فرکانس بالاتر است.
به این ترتیب، جسم سیاه همه تابش را به دلیل اثر اترونها در برابر الکترون های سطحی جذب میکند بنابراین به دمای مورد نیاز میرسد در این مرحله انرژی کافی برای انتشار كوانتوم انرژی در مادون قرمز یا میدان زرد خواهد داشت از سوی دیگر قادر نخواهد بود که یک پرتو X یا پرتو گاما منتشر کند به این ترتیب شما میتوانید کاهش انرژی منتشر شده در میدان فرکانس بالا، یعنی فاجعه ی ماوراء بنفش را توضیح دهید.
برای بخشی از منحنی با فرکانس پایین توضیح در این مرحله کاملا واضح است. انرژی کم است زیرا فرکانس کم است. انتشار نور میتواند یک بار دیگر با اثر بین الکترون های نوسانگر با نزدیکترین اترونها توضیح داده شود بنابراین مشکل این است که فیزیکدانان برای توصیف نور منتشر شده توسط جسم سیاه مجبور شدند از توضیح پدیده ذره استفاده کنند.
اتر یک نهاد گسسته است
یکبار دیگر میتوان ثابت کرد که ،نور که به عنوان موج و به صورت ذرات درحال حرکت توصیف شده، به سادگی میتواند به روش کلاسیک توضیح داده شود واقعیتی که نور بصورت گسسته در نظر گرفته میشود یک مشکل نیست میانگین که در آن نور عبور می کند گسسته است و هر اترون یک انرژی گسسته E = hf را حمل میکند.
با این حال، د برولی پیشنهاد داد که نه تنها نور یک ذره در کنار موج است. او همچنین گفت که ماده ماهیت ذره ای ندارد بلکه ماهیت موجی دارد به منظور اثبات این ادعا، محققان آزمایشی طراحی کردند و پرتو الکترونی را از دو شکاف عبور دادند و مشاهده کردند که ذره مانند یک موج عمل کرد.
حاشیه مرکزی در تصویر تیره است زیرا نتیجه تداخل است. این مقدار شدت دو امواج است که از دو شکاف آغاز می شود.
چگونه می توان این پدیده را بر اساس اثر مجددا توضیح داد؟ پرتو الکترون از اثر عبور می کند و به شکافها میرسد عبور الکترونها انرژی را با توجه به اثری که در برابر تعدادی از اترونها میگذارد منتقل میکند بنابراین آنها شروع به نوسان می کنند و موج ایجاد می و موج موجب ایجاد حاشیه تداخل می شود.
کل فیزیک با بازنویسی اتر ساده می.شود طیف تشعشع جسم سیاه به راحتی میتواند توسط فیزیک کلاسیک با ارائه ایده اثر توضیح داده شود طیف جسم سیاه برای تعیین دمای ستارگان مناسب نیست. ستارگان دارای ماهیت دیگری هستند و در فواصل بسیار دور نیز قرار ندارند.
اترون های G و گرانش
اتر محیطی است که نور به واسطه آن منتقل میشود و از آن عبور میکند. منظورمان از نور یک موج الکترومغناطیسی است (چه قابل مشاهده چه غیر قابل مشاهده). نور تنها دارای یک ماهیت است و آن ماهیت موجی میباشد ماهیت ذره ای نیز متعلق به اتر است. اتر از ذراتی تشکیل شده است که هیچ جرمی ندارند یا دارای مقدار بسیار کمی جرم هستند. آن ها با لرزش و نوسان امواج را منتقل میکنند ما به این طریق میتوانیم امواج الکترومغناطیسی را تعریف کنیم
یک آشفتگی و خلل که درحال حرکت در اتر و فضا-زمان می باشد. وقتی که اترون ها با طول موج 400 تا 700 نانومتر نوسان می کنند موج برای چشم ما قابل مشاهده میشود.
اترونی که ارتعاش میکند ، در فضا ، با موج حرکت نمیکند بلکه مقدار مشخصی به دور موقعیت متعادل خود نوسان میکند.
