Dars-ma'ruza Kvant fizikasining tug'ilishi. Foto effekt
Kvant nazariyasining tug'ilishi. Foto effekt.
Dars maqsadlari:
1. Fotoeffekt hodisasini ko'rib chiqing va uning qonuniyatlarini o'rganing
2. Mantiqni, juftlikda ishlash qobiliyatini rivojlantirish; kompyuterda jarayonlarni simulyatsiya qilishni o'rganing.
3. Tarixiy materiallar yordamida maktab o'quvchilarining kognitiv faolligini rivojlantirish.
Dars uchun jihozlar: interfaol doska, o'quvchilar stolidagi kompyuterlar, proyektor, dinamiklar, raqamli markazlar to'plami. ch oo l - to'plam. ta'lim. ru
Darslar davomida:
1. Kvant nazariyasini yaratishning zaruriy shartlari. (O'qituvchining hikoyasi)
19-asr oxirida. Ko'pgina olimlar fizikaning rivojlanishi quyidagi sabablarga ko'ra tugallangan deb hisoblashgan:
1. Mexanika qonunlari va butun dunyo tortishish nazariyasi 200 yildan ortiq vaqtdan beri mavjud.
2. MKT tomonidan ishlab chiqilgan.
3. Podve termodinamika uchun mustahkam asos yaratadi.
4. Maksvellning elektromagnetizm nazariyasi tugallandi.
5. Saqlanishning asosiy qonunlari (energiya, impuls, burchak impulsi, massa va elektr zaryad) ochildi.
XIX asr oxirida - 20-asr boshlari V. Rentgen tomonidan kashf etilgan - X- nurlar (rentgen nurlari), A. Bekkerel - radioaktivlik hodisasi, J. Tomson - elektron. Biroq klassik fizika bu hodisalarni tushuntirib bera olmadi.
A. Eynshteynning nisbiylik nazariyasi fazo va vaqt tushunchasini tubdan qayta ko‘rib chiqishni talab qildi. Maxsus tajribalar yorug'likning elektromagnit tabiati haqidagi J. Maksvell gipotezasining to'g'riligini tasdiqladi. Isitilgan jismlar tomonidan elektromagnit to'lqinlarning chiqarilishi elektronlarning tebranish harakati bilan bog'liq deb taxmin qilish mumkin. Ammo bu taxminni nazariy va eksperimental ma'lumotlarni solishtirish orqali tasdiqlash kerak edi.
Nurlanish qonunlarini nazariy ko'rib chiqish uchun biz foydalandik qora tana modeli , ya'ni har qanday uzunlikdagi elektromagnit to'lqinlarni to'liq o'zlashtiradigan va shunga mos ravishda elektromagnit to'lqinlarning barcha uzunligini chiqaradigan jism.
Chiqarish qobiliyati bo'yicha butunlay qora jismga Quyosh misol bo'ladi, yutilish jihatidan - kichik teshikli oyna devorlari bo'lgan bo'shliq.
Ingliz fizigi J. Rayleigh energiya taqsimoti qonunini yanada qat'iyroq nazariy chiqarishga harakat qildi. Qonun past chastotalar sohasidagi tajribalar bilan yaxshi kelishuvga olib keldi. Ushbu qonunga ko'ra, nurlanish intensivligi chastota kvadratiga mutanosib ravishda oshishi kerak. Binobarin, termal nurlanish eksperimental ravishda kuzatilmagan ko'plab ultrabinafsha va rentgen nurlarini o'z ichiga olishi kerak. Nazariyani eksperimental natijalar bilan moslashtirishdagi qiyinchiliklar deyiladi ultrabinafsha falokat.
Maksvell tomonidan olingan elektromagnetizm qonunlari mutlaq qora jismning spektridagi intensivlikning taqsimot egri chizig'ining shaklini tushuntirib bera olmadi. Ushbu qiymatdan uzoqlashganda, elektromagnit nurlanishning intensivligi asta-sekin kamayadi.
Qora jismning nurlanishini tushuntirishda klassik nazariyaning qiyinchiliklarini yengishga urinib, M. Plank 1900 y. Janob faraz qildi: atomlar elektromagnit energiya chiqaradi alohida qismlarda — kvant . Energiya E Har bir qism nurlanish chastotasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
Shunday qilib, M. Plank termal nurlanish nazariyasi duch kelgan qiyinchiliklardan chiqish yo'lini ko'rsatdi, shundan so'ng zamonaviy fizika nazariyasi kvant fizikasi .
2 . Fotoelektrik effekt haqida tushuncha
Kvant nazariyasining rivojlanishida G. Gerts tomonidan kashf etilgan va rus fizigi A.G.Stoletov tomonidan sinchkovlik bilan o'rganilgan bir ajoyib hodisani o'rganishda muhim qadam qo'yildi. Bu hodisa fotoelektr effekti deb ataladi.
Video tomosha qilinadi, shundan so'ng talabalar fotoelektr effektini aniqlaydilar.
Tadqiqotlar natijasida fotoelektr effektining uchta qonuni aniqlandi.
1. To'yingan oqimning kuchi tananing yuzasiga tushadigan yorug'lik nurlanishining intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
2. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq.
3. Agar yorug'lik chastotasi ma'lum bir modda uchun aniqlangan ma'lum bir minimal chastotadan kam bo'lsa, u holda fotoelektrik effekt sodir bo'lmaydi.
Fototokning kuchlanishga bog'liqligi rasmda ko'rsatilgan.
3. Fotoelektrik effekt nazariyasi.
Fotoeffekt nazariyasi 1905 yilda nemis olimi A. Eynshteyn tomonidan yaratilgan. Eynshteyn nazariyasi metalldan elektronlarning ish funksiyasi tushunchasi va yorug likning kvant nurlanishi tushunchasiga asoslanadi. Eynshteyn nazariyasiga ko'ra, fotoelektr effekti quyidagi tushuntirishga ega: yorug'lik kvantini yutib, elektron energiya oladi. Bu energiya ish funktsiyasini bajarish va elektronga kinetik energiya berish uchun ishlatiladi.
hOS=API…+mv22">
hn - metalldan elektronning A ish funktsiyasiga o'tadigan va unga kinetik energiya beradigan foton energiyasi.
Ish funktsiyasi - bu moddadan elektronni olib tashlash uchun bajarilishi kerak bo'lgan minimal ish.
Eynshteyn 1921 yilda fotoelektr effekti tenglamasi uchun Nobel mukofoti bilan taqdirlangan.
Kvant nazariyasi fotoeffekt qonunlariga quyidagi tushuntirishlarni beradi.
Monoxromatik nurlanish intensivligi oshgani sayin metall tomonidan yutilgan kvantlar soni ortadi, demak, undan chiqadigan elektronlar soni ortadi, shuning uchun fototok nurlanish intensivligiga toʻgʻri proporsional boʻladi (1-qonun).
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 materiya, 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 taxminiy gravitonni aniqlash printsipial jihatdan imkonsiz bo'lishi mumkin deb hisoblaydi. Bunday holda, deydi u, 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 taklifning turli bosqichlari bo'yicha Bose va boshqalar - Okeanning o'n bir mutaxassisi 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 bir-biriga bog'liq bo'ladi, 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 uzun - ular boshqa magnit maydondan o'tadi, bu esa har bir superpozitsiyaning shoxlarini yana tekislaydi. 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 chigallashishiga olib kelishi mumkin bo'lgan kvant kuchi 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 bergan savol - bu alohida graviton kuzatilgan - bu boshqa savol va u 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
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
Dunyoda hech kim kvant mexanikasini tushunmaydi - bu haqda bilishingiz kerak bo'lgan asosiy narsa. Ha, ko'plab fiziklar uning qonunlaridan foydalanishni va hatto kvant hisoblari yordamida hodisalarni bashorat qilishni o'rgandilar. Ammo nima uchun kuzatuvchining mavjudligi tizim taqdirini belgilab, uni bir davlat foydasiga tanlov qilishga majbur qilayotgani haligacha aniq emas. "Nazariyalar va amaliyotlar" natijalariga kuzatuvchi muqarrar ravishda ta'sir ko'rsatadigan tajriba namunalarini tanlab oldi va moddiy voqelikka ongning bunday aralashuvi bilan kvant mexanikasi nima qilishini aniqlashga harakat qildi.
Shroedinger mushuki
Bugungi kunda kvant mexanikasining ko'plab talqinlari mavjud, ulardan eng mashhuri Kopengagen bo'lib qolmoqda. Uning asosiy tamoyillari 1920-yillarda Niels Bor va Verner Heisenberg tomonidan ishlab chiqilgan. Va Kopengagen talqinining markaziy atamasi to'lqin funktsiyasi edi - u bir vaqtning o'zida joylashgan kvant tizimining barcha mumkin bo'lgan holatlari haqida ma'lumotni o'z ichiga olgan matematik funktsiya.
Kopengagen talqiniga ko'ra, faqat kuzatish tizimning holatini ishonchli aniqlashi va uni qolganlaridan farqlashi mumkin (to'lqin funktsiyasi faqat ma'lum bir holatda tizimni aniqlash ehtimolini matematik tarzda hisoblashga yordam beradi). Aytishimiz mumkinki, kuzatishdan so'ng kvant tizimi klassik bo'lib qoladi: u bir zumda ko'p shtatlarda ulardan birining foydasiga birga yashashni to'xtatadi.
Bu yondashuv har doim o'z raqiblariga ega bo'lgan (masalan, Albert Eynshteyn tomonidan yozilgan "Xudo zar o'ynamaydi"), lekin hisob-kitoblar va bashoratlarning aniqligi o'z ta'sirini o'tkazdi. Biroq, so'nggi paytlarda Kopengagen talqinining tarafdorlari tobora kamayib bormoqda va buning eng kam sababi o'lchash paytida to'lqin funktsiyasining juda sirli lahzali qulashi emas. Ervin Shredingerning bechora mushuk bilan o'tkazgan mashhur fikrlash tajribasi aynan ushbu hodisaning bema'niligini ko'rsatishga qaratilgan edi.
Shunday qilib, keling, tajriba mazmunini eslaylik. Qora qutiga tirik mushuk, zaharli ampula va zaharni tasodifiy ta'sir qila oladigan ma'lum mexanizm joylashtirilgan. Masalan, bitta radioaktiv atom, uning parchalanishi ampulani buzadi. Atom parchalanishining aniq vaqti noma'lum. Faqat yarim yemirilish davri ma'lum: 50% ehtimollik bilan parchalanish sodir bo'ladigan vaqt.
Ma'lum bo'lishicha, tashqi kuzatuvchi uchun quti ichidagi mushuk bir vaqtning o'zida ikkita holatda mavjud: u tirik, agar hamma narsa yaxshi bo'lsa yoki o'lik, agar parchalanib ketgan va ampula buzilgan bo'lsa. Bu ikkala holat ham vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan mushukning to'lqin funktsiyasi bilan tavsiflanadi: qanchalik uzoq bo'lsa, radioaktiv parchalanish allaqachon sodir bo'lish ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi. Ammo quti ochilishi bilanoq, to'lqin funktsiyasi qulab tushadi va biz knacker tajribasining natijasini darhol ko'ramiz.
Ma'lum bo'lishicha, kuzatuvchi qutini ochmaguncha, mushuk hayot va o'lim chegarasida abadiy muvozanatni saqlaydi va faqat kuzatuvchining harakati uning taqdirini belgilaydi. Bu Shredinger ta'kidlagan absurddir.
Elektron diffraktsiyasi
The New York Times tomonidan o‘tkazilgan yetakchi fiziklar o‘rtasida o‘tkazilgan so‘rov natijalariga ko‘ra, 1961 yilda Klaus Jenson tomonidan o‘tkazilgan elektron difraksiyasi bo‘yicha tajriba fan tarixidagi eng go‘zal tajribalardan biriga aylandi. Uning mohiyati nimada?
Fotografik plastinka ekrani tomon elektronlar oqimini chiqaradigan manba mavjud. Va bu elektronlar yo'lida to'siq bor - ikkita tirqishli mis plastinka. Agar siz elektronlarni shunchaki kichik zaryadlangan sharlar deb hisoblasangiz, ekranda qanday tasvirni kutishingiz mumkin? Yoriqlar qarshisida ikkita yoritilgan chiziq.
Aslida, ekranda o'zgaruvchan qora va oq chiziqlarning ancha murakkab naqshlari paydo bo'ladi. Gap shundaki, tirqishlardan o'tayotganda elektronlar zarrachalar kabi emas, balki to'lqinlar kabi harakat qila boshlaydilar (xuddi fotonlar, yorug'lik zarralari bir vaqtning o'zida to'lqinlar bo'lishi mumkin). Keyin bu to'lqinlar kosmosda o'zaro ta'sir qiladi, ba'zi joylarda bir-birini zaiflashtiradi va kuchaytiradi va natijada ekranda yorug'lik va quyuq chiziqlar almashinadigan murakkab rasm paydo bo'ladi.
Bunday holda, tajriba natijasi o'zgarmaydi va agar elektronlar tirqish orqali uzluksiz oqimda emas, balki alohida-alohida yuborilsa, hatto bitta zarracha ham bir vaqtning o'zida to'lqin bo'lishi mumkin. Hatto bitta elektron bir vaqtning o'zida ikkita tirqishdan o'tishi mumkin (va bu kvant mexanikasining Kopengagen talqinining yana bir muhim pozitsiyasi - ob'ektlar bir vaqtning o'zida o'zlarining "odatiy" moddiy xususiyatlarini va ekzotik to'lqin xususiyatlarini namoyish etishlari mumkin).
Ammo kuzatuvchining bunga nima aloqasi bor? Uning allaqachon murakkab hikoyasi yanada murakkablashganiga qaramay. Shunga o'xshash tajribalarda fiziklar elektronning haqiqatda o'tib ketganini asboblar yordamida aniqlashga harakat qilganda, ekrandagi rasm keskin o'zgarib, "klassik" bo'lib qoldi: yoriqlar qarshisida ikkita yoritilgan maydon va o'zgaruvchan chiziqlar yo'q.
Kuzatuvchining hushyor nigohi ostida elektronlar o'zlarining to'lqin tabiatini ko'rsatishni istamagandek edi. Biz uning oddiy va tushunarli rasmni ko'rishga instinktiv istagiga moslashdik. Mistikmi? Aniqroq tushuntirish mavjud: tizimni hech qanday kuzatish unga jismoniy ta'sir qilmasdan amalga oshirilmaydi. Ammo biz bu masalaga birozdan keyin qaytamiz.
Isitilgan fulleren
Zarrachalar diffraktsiyasi bo'yicha tajribalar nafaqat elektronlarda, balki ancha kattaroq ob'ektlarda ham o'tkazildi. Masalan, fullerenlar oʻnlab uglerod atomlaridan tashkil topgan yirik, yopiq molekulalardir (masalan, oltmishta uglerod atomidan iborat fulleren shakli boʻyicha futbol toʻpiga juda oʻxshash: beshburchak va olti burchakli bir-biriga tikilgan ichi boʻsh shar).
Yaqinda Vena universiteti professori Zaylinger boshchiligidagi guruh bunday tajribalarga kuzatish elementini kiritishga harakat qildi. Buning uchun ular harakatlanuvchi fulleren molekulalarini lazer nuri bilan nurlantirdilar. Keyinchalik, tashqi ta'sir bilan qizdirilgan molekulalar porlay boshladi va shu bilan kuzatuvchiga kosmosdagi o'rnini muqarrar ravishda ochib berdi.
Ushbu yangilik bilan birga molekulalarning xatti-harakati ham o'zgardi. To'liq kuzatuv boshlanishidan oldin, fullerenlar noaniq ekrandan o'tadigan oldingi misoldagi elektronlar kabi to'siqlarni (to'lqin xususiyatlarini ko'rsatdi) juda muvaffaqiyatli bosib o'tdi. Ammo keyinchalik, kuzatuvchining paydo bo'lishi bilan, fullerenlar tinchlanib, materiyaning mutlaqo qonunga bo'ysunadigan zarralari kabi harakat qila boshladilar.
Sovutish o'lchami
Kvant olamining eng mashhur qonunlaridan biri Geyzenbergning noaniqlik printsipi: kvant ob'ektining o'rni va tezligini bir vaqtning o'zida aniqlash mumkin emas. Biz zarrachaning impulsini qanchalik aniq o'lchasak, uning o'rnini shunchalik aniqroq o'lchash mumkin emas. Ammo mayda zarralar darajasida ishlaydigan kvant qonunlarining ta'siri bizning yirik makro ob'ektlar dunyosida odatda sezilmaydi.
Shu sababli, AQShdan professor Shvab guruhining yaqinda o'tkazgan tajribalari qimmatliroq bo'lib, ularda kvant effektlari bir xil elektronlar yoki fulleren molekulalari darajasida emas (ularning xarakterli diametri taxminan 1 nm), balki bir oz ko'proq sezilarli darajada namoyon bo'ldi. ob'ekt - kichkina alyuminiy chiziq.
Ushbu chiziq har ikki tomondan mahkamlangan, shunda uning o'rtasi osilgan va tashqi ta'sir ostida tebranishi mumkin edi. Bundan tashqari, chiziq yonida uning o'rnini yuqori aniqlik bilan qayd eta oladigan qurilma bor edi.
Natijada eksperimentchilar ikkita qiziqarli effektni aniqladilar. Birinchidan, ob'ektning holatini har qanday o'lchash yoki chiziqni kuzatish unga iz qoldirmasdan o'tmadi - har bir o'lchovdan keyin chiziqning holati o'zgardi. Taxminan aytganda, eksperimentchilar chiziqning koordinatalarini katta aniqlik bilan aniqladilar va shu bilan Heisenberg printsipiga ko'ra uning tezligini va shuning uchun keyingi holatini o'zgartirdilar.
Ikkinchidan, va kutilmaganda, ba'zi o'lchovlar ham chiziqning sovishiga olib keldi. Ma'lum bo'lishicha, kuzatuvchi ob'ektlarning jismoniy xususiyatlarini faqat uning mavjudligi bilan o'zgartirishi mumkin. Bu mutlaqo aql bovar qilmaydigan ko'rinadi, ammo fiziklarning fikriga ko'ra, aytaylik, ular yo'qotishmagan - hozir professor Shvabning guruhi kashf etilgan effektni elektron chiplarni sovutish uchun qanday qo'llash haqida o'ylashmoqda.
Muzlatish zarralari
Ma'lumki, dunyoda beqaror radioaktiv zarralar nafaqat mushuklar ustida tajriba o'tkazish uchun, balki butunlay o'z-o'zidan parchalanadi. Bundan tashqari, har bir zarracha o'rtacha umr ko'rish muddati bilan tavsiflanadi, ma'lum bo'lishicha, kuzatuvchining diqqatli nigohi ostida ko'payishi mumkin.
Ushbu kvant effekti birinchi marta 1960-yillarda bashorat qilingan va uning yorqin eksperimental tasdig'i 2006 yilda Massachusets texnologiya institutida Nobel mukofoti laureati fizik Volfgang Ketterle guruhi tomonidan chop etilgan maqolada paydo bo'lgan.
Ushbu ishda biz beqaror qo'zg'aluvchan rubidiy atomlarining parchalanishini (asosiy holatdagi rubidiy atomlariga va fotonlarga parchalanishini) o'rgandik. Tizim tayyorlanib, atomlar hayajonlangandan so'ng darhol ular kuzatila boshlandi - ular lazer nurlari bilan yoritilgan. Bunda kuzatish ikki rejimda amalga oshirildi: uzluksiz (kichik yorug'lik impulslari tizimga doimiy ravishda beriladi) va impulsli (tizim vaqti-vaqti bilan kuchliroq impulslar bilan nurlanadi).
Olingan natijalar nazariy prognozlarga juda mos keldi. Tashqi yorug'lik ta'siri aslida zarrachalarning parchalanishini sekinlashtiradi, go'yo ularni parchalanishdan uzoqroq, asl holatiga qaytaradi. Bundan tashqari, o'rganilgan ikki rejim uchun ta'sirning kattaligi ham bashoratlarga to'g'ri keladi. Va beqaror qo'zg'aluvchan rubidiy atomlarining maksimal ishlash muddati 30 barobarga uzaytirildi.
Kvant mexanikasi va ong
Elektronlar va fullerenlar o'zlarining to'lqin xususiyatlarini namoyish etishni to'xtatadilar, alyuminiy plitalari soviydi va beqaror zarralar parchalanishida muzlaydi: kuzatuvchining qudratli nigohi ostida dunyo o'zgarmoqda. Atrofimizdagi dunyo ishida ongimizning ishtirok etishiga nima dalil emas? Balki Karl Yung va Volfgang Pauli (avstriyalik fizik, Nobel mukofoti laureati, kvant mexanikasining kashshoflaridan biri) fizika va ong qonunlarini bir-birini to‘ldiruvchi deb hisoblash kerak, deganlarida to‘g‘ri bo‘lgandir?
Ammo bu odatiy tan olishdan bir qadam narida: atrofimizdagi butun dunyo ongimizning mohiyatidir. Qo'rqinchlimi? ("Siz haqiqatan ham Oy faqat unga qaraganingizda mavjud deb o'ylaysizmi?" Eynshteyn kvant mexanikasi tamoyillarini sharhladi). Keyin yana fiziklarga murojaat qilishga harakat qilaylik. Bundan tashqari, so'nggi yillarda ular Kvant mexanikasining Kopengagen talqinini uning funktsiya to'lqinining sirli qulashi bilan kamroq va kamroq yoqtirishdi, bu esa boshqa, juda oddiy va ishonchli atama - dekogerentlik bilan almashtiriladi.
Gap shundaki: tasvirlangan barcha kuzatuv tajribalarida eksperimentchilar tizimga muqarrar ravishda ta'sir o'tkazdilar. Uni lazer bilan yoritib, o‘lchash asboblarini o‘rnatdilar. Va bu umumiy, juda muhim printsip: siz tizimni kuzata olmaysiz, u bilan o'zaro ta'sir qilmasdan uning xususiyatlarini o'lchay olmaysiz. O'zaro ta'sir mavjud bo'lgan joyda esa xususiyatlarning o'zgarishi mavjud. Bundan tashqari, kvant jismlarining kolossusi kichik kvant tizimi bilan o'zaro ta'sir qilganda. Shunday qilib, kuzatuvchining abadiy, buddist betarafligi mumkin emas.
Aynan shu narsa "dekogerentlik" atamasini tushuntiradi - bu tizimning boshqa, kattaroq tizim bilan o'zaro ta'sirida uning kvant xususiyatlarini buzishning qaytarilmas jarayoni. Bunday o'zaro ta'sir davomida kvant tizimi o'zining asl xususiyatlarini yo'qotadi va klassik bo'lib, katta tizimga "bo'ysunadi". Bu Shredingerning mushuki bilan paradoksni tushuntiradi: mushuk shunchalik katta tizimki, uni dunyodan ajratib bo'lmaydi. Fikrlash tajribasining o'zi mutlaqo to'g'ri emas.
Qanday bo'lmasin, ongni yaratish akti sifatidagi voqelik bilan solishtirganda, decoherence ancha xotirjamroq ko'rinadi. Ehtimol, hatto juda xotirjam. Axir, bu yondashuv bilan butun klassik dunyo bitta katta dekoherent effektga aylanadi. Va bu sohadagi eng jiddiy kitoblardan birining mualliflariga ko'ra, "dunyoda zarrachalar yo'q" yoki "asosiy darajada vaqt yo'q" kabi bayonotlar ham mantiqan bunday yondashuvlardan kelib chiqadi.
Ijodiy kuzatuvchimi yoki qudratli dekoherensiyami? Siz ikkita yomonlikdan birini tanlashingiz kerak. Ammo esda tuting - endi olimlar bizning fikrlash jarayonlarimizning asosi o'sha mashhur kvant effektlari ekanligiga tobora ko'proq ishonch hosil qilmoqdalar. Demak, kuzatish qayerda tugasa va haqiqat boshlanadi - har birimiz tanlashimiz kerak.
Aynan bugun men kuzatuvchi effekti fizik tekislikda nafaqat o'z rejalari va loyihalarini, balki yorug'lik tanasini va umuman, energiya holatidan moddiy holatga o'tish va orqaga qaytish imkoniyatini nazariy jihatdan isbotlaydi deb o'yladim. . Ma'lum bo'lishicha, siz o'zingizning rivojlanishingizda ong darajasiga erishishingiz mumkin, bu sizning xohishingizga ko'ra materiya shaklida yoki to'lqin shaklida mavjud bo'lishga imkon beradi. TO masalan, p Isoning reenkarnatsiyasi va uning moddiy tanada xochga mixlanganidan keyin shogirdlariga ko'rinishi bu nazariyaga juda mos keladi.Quyida "kuzatuvchi effekti" mavjudligi haqida engil eslatma va ongning ustuvorligi printsipini kvant fizikasidan namoyon bo'ladigan tekislikka o'tkazadigan kitobdan parcha keltirilgan.
"Sizning hayotingiz sizning e'tiboringiz qaerdadir."
Aynan mana shu postulat qanchalik g‘alati tuyulmasin, dunyoning ko‘plab laboratoriyalarida fiziklar tomonidan eksperimental tarzda isbotlangan.Bu hozir g'ayrioddiy tuyulishi mumkin, ammo kvant fizikasi antik davrning haqiqatini isbotlay boshladi: "Sening hayoting - sizning e'tiboringiz qaerdadir". Xususan, inson o'z e'tibori bilan atrofdagi moddiy dunyoga ta'sir qilishi, u idrok etadigan haqiqatni oldindan belgilab beradi.
Kvant fizikasi o'zining paydo bo'lishidan boshlab, 19-asrning ikkinchi yarmidan boshlab, Uilyam Hamiltonning yorug'likning to'lqinsimon tabiati haqidagi bayonoti bilan mikrodunyo va inson haqidagi g'oyalarni tubdan o'zgartira boshladi va ilg'or fanlar bilan davom etdi. zamonaviy olimlarning kashfiyotlari. Kvant fizikasida mikrodunyoning butunlay boshqa fizika qonunlari asosida “yashashi”, nanozarralar xossalari odamlarga tanish bo‘lgan dunyodan farq qilishi, elementar zarrachalar u bilan o‘ziga xos tarzda o‘zaro ta’sir qilishi haqida ko‘plab dalillar allaqachon mavjud.
20-asrning o'rtalarida Klaus Jenson tajribalar davomida qiziqarli natijaga erishdi: fizik tajribalar davomida subatomik zarralar va fotonlar inson e'tiboriga aniq javob berishdi, bu esa turli xil yakuniy natijalarga olib keldi. Ya'ni, nanozarrachalar tadqiqotchilar o'sha paytda nimaga e'tibor qaratganiga munosabat bildirishgan. Har safar klassikaga aylangan bu tajriba olimlarni hayratda qoldiradi. Bu dunyoning ko'plab laboratoriyalarida ko'p marta takrorlangan va har safar ushbu tajriba natijalari bir xil bo'lib, uning ilmiy ahamiyati va ishonchliligini tasdiqlaydi.
Shunday qilib, ushbu tajriba uchun yorug'lik manbai va ikkita tirqishi bo'lgan ekran (fotonlar o'tkazmaydigan plastinka) tayyorlang. Yorug'lik manbai bo'lgan qurilma bitta impulslarda fotonlarni "otadi".
Surat 1.
Maxsus fotografik qog'oz oldiga ikkita tirqishli maxsus ekran o'rnatilgan. Kutilganidek, fotografik qog'ozda ikkita vertikal chiziq paydo bo'ldi - bu tirqishlardan o'tayotganda qog'ozni yorituvchi fotonlar izlari. Tabiiyki, tajribaning borishi kuzatildi.
2-rasm.
Tadqiqotchi qurilmani yoqdi va bir muddat jo'nab, laboratoriyaga qaytganida, u juda hayratda qoldi: fotografik qog'ozda fotonlar butunlay boshqacha tasvirni qoldirdi - ikkita vertikal chiziq o'rniga ko'p edi.
3-rasm.
Bu qanday sodir bo'lishi mumkin? Qog'ozda qolgan izlar yoriqlardan o'tgan to'lqinga xos edi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, aralashuv sxemasi kuzatildi.
4-rasm.
Fotonlar bilan olib borilgan oddiy tajriba shuni ko'rsatdiki, kuzatilganda (detektor qurilmasi yoki kuzatuvchisi ishtirokida) to'lqin zarracha holatiga aylanadi va o'zini zarracha kabi tutadi, lekin kuzatuvchi yo'qligida o'zini to'lqin kabi tutadi. Ma'lum bo'lishicha, agar siz ushbu tajribada kuzatuvlar o'tkazmasangiz, fotosurat qog'ozida to'lqinlar izlari ko'rinadi, ya'ni interferentsiya naqshlari ko'rinadi. Ushbu jismoniy hodisa "Kuzatuvchi effekti" deb nomlandi.
Yuqorida tavsiflangan zarrachalar tajribasi “Xudo bormi?” degan savolga ham tegishli. Chunki agar Kuzatuvchining hushyor diqqati bilan to‘lqin xarakteriga ega bo‘lgan narsa materiya holatida qolishi, reaksiyaga kirishishi va o‘z xususiyatlarini o‘zgartirishi mumkin bo‘lsa, unda kim butun olamni diqqat bilan kuzatadi? Kim barcha materiyani ularning diqqati bilan barqaror holatda saqlaydi?.. Inson o'z idrokida sifat jihatidan boshqacha dunyoda (masalan, Xudo olamida) yashashi mumkinligi haqidagi taxminga ega bo'lishi bilanoq, u, shaxs , bu tomonda rivojlanish vektorini o'zgartira boshlaydi va bu tajribadan omon qolish ehtimoli ko'p marta ortadi. Ya'ni, o'zingiz uchun bunday haqiqatning imkoniyatini tan olish kifoya. Binobarin, inson bunday tajribaga ega bo'lish imkoniyatini qabul qilishi bilanoq, uni o'zlashtira boshlaydi. Bu Anastasiya Novixning "AllatRa" kitobida tasdiqlangan:
“Hamma narsa Kuzatuvchining o‘ziga bog‘liq: agar inson o‘zini zarra (moddiy olam qonunlari asosida yashovchi moddiy ob’ekt) sifatida idrok etsa, u materiya olamini ko‘radi va idrok etadi; agar inson o'zini to'lqin (sezgi tajribalari, kengaytirilgan ong holati) sifatida qabul qilsa, u Xudo dunyosini idrok etadi va uni tushunishga, yashashga kirishadi.
Yuqorida tavsiflangan tajribada kuzatuvchi muqarrar ravishda tajribaning borishi va natijalariga ta'sir qiladi. Ya'ni, juda muhim tamoyil paydo bo'ladi: tizim bilan o'zaro ta'sir qilmasdan turib uni kuzatish, o'lchash va tahlil qilish mumkin emas. O'zaro ta'sir mavjud bo'lgan joyda xususiyatlarning o'zgarishi sodir bo'ladi.
Donishmandlar aytadilarki, Xudo hamma joyda. Nanozarrachalarning kuzatuvlari bu bayonotni tasdiqlaydimi? Bu tajribalar, masalan, Kuzatuvchining fotonlar bilan o'zaro ta'siri kabi, butun moddiy olam U bilan o'zaro ta'sir qilishini tasdiqlamaydimi? Bu tajriba Kuzatuvchining e'tiborini qaratgan hamma narsa u tomonidan singib ketganligini ko'rsatmaydimi? Darhaqiqat, kvant fizikasi va "Kuzatuvchi effekti" tamoyili nuqtai nazaridan bu muqarrar, chunki o'zaro ta'sir davomida kvant tizimi o'zining asl xususiyatlarini yo'qotadi, kattaroq tizim ta'sirida o'zgaradi. Ya'ni, o'zaro energiya va ma'lumot almashinadigan ikkala tizim ham bir-birini o'zgartiradi.
Agar bu savolni yanada rivojlantirsak, Kuzatuvchi o'zi yashayotgan voqelikni oldindan belgilab beradi. Bu uning tanlovining natijasi sifatida namoyon bo'ladi. Kvant fizikasida ko'p voqelik tushunchasi mavjud bo'lib, kuzatuvchi o'zining yakuniy tanlovini qilmaguncha minglab mumkin bo'lgan voqeliklarga duch keladi va shu bilan haqiqatlardan faqat bittasini tanlaydi. Va u o'zi uchun o'zining haqiqatini tanlaganida, u unga e'tibor qaratadi va u uchun (yoki u uchunmi?) o'zini namoyon qiladi.
Va yana, inson o'zi e'tibor bilan qo'llab-quvvatlaydigan haqiqatda yashashini hisobga olsak, biz bir xil savolga kelamiz: agar koinotdagi barcha materiya diqqatga tayansa, unda olamning o'zini uning diqqati bilan kim ushlab turadi? Bu postulat butun manzarani tafakkur qila oladigan Xudoning borligini isbotlamaydimi?
Bu bizning ongimiz moddiy dunyo ishlarida bevosita ishtirok etishini ko'rsatmaydimi? Kvant mexanikasi asoschilaridan biri Volfgang Pauli shunday degan edi: Fizika va ong qonunlarini bir-birini to'ldiruvchi sifatida ko'rish kerak" Janob Pauli to‘g‘ri aytdi, desak xato bo‘lmaydi. Bu allaqachon butun dunyo tan olishga juda yaqin: moddiy olam ongimizning xayoliy aksidir va biz ko'zimiz bilan ko'rgan narsa haqiqat emas. Keyin haqiqat nima? U qayerda joylashgan va uni qanday topish mumkin?
Tobora ko'proq olimlar inson tafakkuri ham mashhur kvant effektlari jarayonlariga bo'ysunishiga ishonishga moyil. Aql tomonidan chizilgan illyuziyada yashash yoki o'zi uchun haqiqatni kashf qilish - buni har kim o'zi uchun tanlaydi. Biz faqat yuqorida keltirilgan AllatRa kitobini o'qishni tavsiya qilamiz. Bu kitob nafaqat Xudoning mavjudligini ilmiy jihatdan isbotlaydi, balki mavjud bo'lgan barcha haqiqatlar, o'lchovlar haqida batafsil tushuntirishlar beradi va hatto inson energiya tuzilishining tuzilishini ochib beradi. Siz quyidagi iqtibosni bosish yoki saytning tegishli bo'limiga o'tish orqali ushbu kitobni veb-saytimizdan butunlay bepul yuklab olishingiz mumkin.
