Какъв е зарядът на фотона? Фотонна енергия

В съвременната си интерпретация квантовата хипотеза гласи, че енергията двибрациите на атом или молекула могат да бъдат равни на чν, 2 чν, 3 чν и т.н., но няма колебания с енергия в интервала между две последователни цели числа, кратни на . Това означава, че енергията не е непрекъсната, както се смяташе от векове, а квантувано , т.е. съществува само в строго определени дискретни части. Най-малката част се нарича квант енергия . Квантовата хипотеза може да се формулира и като твърдение, че на атомно-молекулярно ниво не възникват вибрации с никакви амплитуди. Приемливите стойности на амплитудата са свързани с честотата на трептене ν .

През 1905 г. Айнщайн излага смела идея, която обобщава квантовата хипотеза и я прави основа нова теорияСвета ( квантова теорияфотоелектричен ефект). Според теорията на Айнщайн , светлина с честотаν Не само излъчвани, както предполага Планк, но също разпространява се и се абсорбира от веществото на отделни порции (кванти), чиято енергия. По този начин разпространението на светлината трябва да се разглежда не като непрекъснат вълнов процес, а като поток от дискретни светлинни кванти, локализирани в пространството, движещи се със скоростта на разпространение на светлината във вакуум ( с). Квантът на електромагнитното излъчване се нарича фотон .

Както вече казахме, излъчването на електрони от повърхността на метал под въздействието на падаща върху него радиация съответства на идеята за светлината като електромагнитна вълна, т.к. електрическо полеЕлектромагнитната вълна засяга електроните в метала и избива някои от тях. Но Айнщайн обърна внимание на факта, че детайлите на фотоелектричния ефект, предсказан от вълновата теория и фотонната (квантово корпускулярна) теория на светлината се различават значително.

Така че можем да измерим енергията на излъчения електрон въз основа на теорията за вълната и фотона. За да отговорим на въпроса коя теория е за предпочитане, нека разгледаме някои подробности за фотоелектричния ефект.

Нека започнем с вълновата теория и приемем това плочата е осветена с монохроматична светлина. Светлинната вълна се характеризира със следните параметри: интензивност и честота(или дължина на вълната). Вълновата теория предвижда, че когато тези характеристики се променят, възникват следните явления:

· с увеличаване на интензитета на светлината трябва да нараства броят на изхвърлените електрони и тяхната максимална енергия, т.к по-високият интензитет на светлината означава по-голяма амплитуда електрическо поле, а по-силното електрическо поле извлича електрони с по-висока енергия;

нокаутирани електрони; кинетичната енергия зависи само от интензитета на падащата светлина.

Фотонната (корпускулярна) теория предсказва нещо съвсем различно. Първо, отбелязваме, че в монохроматичен лъч всички фотони имат еднаква енергия (равна на чν). Увеличаването на интензитета на светлинния лъч означава увеличаване на броя на фотоните в лъча, но не влияе на тяхната енергия, ако честотата остава непроменена. Според теорията на Айнщайн, електронът се изхвърля от повърхността на метал, когато един фотон се сблъска с него. В този случай цялата енергия на фотона се прехвърля към електрона и фотонът престава да съществува. защото електроните се задържат в метала от притегателни сили; необходима е минимална енергия, за да се избие електрон от металната повърхност А(което се нарича работа на изхода и за повечето метали е от порядъка на няколко електронволта). Ако честотата ν на падащата светлина е малка, тогава енергията и енергията на фотона не са достатъчни, за да избият електрон от повърхността на метала. Ако , тогава електроните излитат от повърхността на метала и енергия в такъв процессе запазва, т.е. фотонна енергия ( чν) е равно кинетична енергияемитираният електрон плюс работата по избиване на електрона от метала:

Извиква се уравнение (2.3.1). Уравнението на Айнщайн за външния фотоелектричен ефект.

Въз основа на тези съображения фотонната (корпускулярна) теория на светлината предсказва следното.

1. Увеличаването на интензитета на светлината означава увеличаване на броя на падащите фотони, които избиват повече електрони от металната повърхност. Но тъй като енергията на фотона е същата, максималната кинетична енергия на електрона няма да се промени ( потвърденоаз закон за фотоелектричния ефект).

2. С увеличаване на честотата на падащата светлина максималната кинетична енергия на електроните нараства линейно в съответствие с формулата на Айнщайн (2.3.1). ( Потвърждение II закон за фотоелектричния ефект). Графиката на тази зависимост е представена на фиг. 2.3.

,

Ориз. 2.3

3. Ако честотата ν е по-малка от критичната честота, тогава електроните не се избиват от повърхността (III закон).

И така, виждаме, че прогнозите на корпускулярната (фотонна) теория са много различни от прогнозите на вълновата теория, но съвпадат много добре с трите експериментално установени закона на фотоелектричния ефект.

Уравнението на Айнщайн е потвърдено от експериментите на Миликан, проведени през 1913–1914 г. Основната разлика от експеримента на Столетов е, че металната повърхност се почиства във вакуум. Изследвана е зависимостта на максималната кинетична енергия от честотата и е определена константата на Планк ч.

През 1926 г. руските физици П.И. Лукирски и С.С. Прилежаев използва метода на вакуумния сферичен кондензатор за изследване на фотоелектричния ефект. Анодът беше сребърните стени на стъклен сферичен цилиндър, а катодът беше топка ( Р≈ 1,5 cm) от изследвания метал, поставен в центъра на сферата. Тази форма на електродите направи възможно увеличаването на наклона на характеристиката ток-напрежение и по този начин по-точно определяне на напрежението на забавяне (и, следователно, ч). Стойност на константата на Планк ч, получен от тези експерименти, е в съответствие със стойностите, открити с други методи (от радиация на черно тяло и от ръба на късата дължина на вълната на непрекъснатия рентгенов спектър). Всичко това е доказателство за правилността на уравнението на Айнщайн и в същото време неговата квантова теория за фотоелектричния ефект.

За да обясни топлинното излъчване, Планк предложи светлината да се излъчва от кванти. Айнщайн, когато обяснява фотоелектричния ефект, предполага, че светлината се абсорбира от кванти. Айнщайн също предполага, че светлината се разпространява чрез кванти, т.е. на порции. Квантът на светлинната енергия се нарича фотон . Тези. отново стигнахме до концепцията за корпускула (частица).

Най-прякото потвърждение на хипотезата на Айнщайн е предоставено от експеримента на Боте, който използва метода на съвпаденията (фиг. 2.4).

Ориз. 2.4

Тънко метално фолио Епоставен между два газоразрядни брояча SCH. Фолиото беше осветено от слаб сноп рентгенови лъчи, под въздействието на които то самото стана източник на рентгенови лъчи (това явление се нарича рентгенова флуоресценция). Поради ниския интензитет на първичния лъч, броят на квантите, излъчвани от фолиото, е малък. Когато квантите ударят брояча, механизмът се задейства и върху движещата се хартиена лента се прави знак. Ако излъчената енергия беше разпределена равномерно във всички посоки, както следва от вълновите концепции, двата брояча трябваше да работят едновременно и знаците на лентата биха били една срещу друга. В действителност имаше напълно произволно подреждане на белези. Това може да се обясни само с факта, че при отделни актове на излъчване се появяват светлинни частици, летящи в една или друга посока. Така експериментално е доказано съществуването на специални светлинни частици – фотони.

Фотонът има енергия . За Видима светлинадължина на вълната λ = 0,5 µm и енергия д= 2,2 eV, за рентгенови лъчи λ = µm и д= 0,5 eV.

Фотонът има инерционна маса , което може да се намери от връзката:

Фотонът се движи със скоростта на светлината ° С= 3·10 8 m/s. Нека заместим тази стойност на скоростта в израза за релативистичната маса:

.

Фотонът е частица, която няма маса в покой. Може да съществува само като се движи със скоростта на светлината c .

Нека намерим връзката между енергията и импулса на фотона.

Знаем релативистичния израз за импулса:

И за енергията:

Фотонът е елементарна частица, квант на електромагнитното излъчване.

Енергия на фотона: ε = hv, където h = 6.626 · 10 -34 J s – константа на Планк.

Маса на фотона: m = h·v/c 2 . Тази формула се получава от формулите

ε = hv и ε = m·c 2. Масата, определена по формулата m = h·v/c 2, е масата на движещия се фотон. Фотонът няма маса на покой (m 0 = 0), тъй като не може да съществува в състояние на покой.

Импулс на фотони: Всички фотони се движат със скорост c = 3·10 8 m/s. Очевидно импулсът на фотона P = m c, което означава, че

P = h·v/c = h/λ.

4. Външен фотоелектричен ефект. Токово-напреженови характеристики на фотоелектричния ефект. Законите на Столетов. Уравнението на Айнщайн

Външният фотоелектричен ефект е явлението на излъчване на електрони от вещество под въздействието на светлина.

Зависимостта на тока от напрежението във веригата се нарича ток-напрежение на фотоклетката.

1) Броят на фотоелектроните N’ e, изхвърлени от катода за единица време, е пропорционален на интензитета на падащата върху катода светлина (закон на Столетов). Или с други думи: токът на насищане е пропорционален на мощността на падащото лъчение върху катода: Ń f = P/ε f.

2) Максималната скорост V max, която един електрон има на излизане от катода, зависи само от честотата на светлината ν и не зависи от нейния интензитет.

3) За всяко вещество има гранична честота на светлината ν 0, под която фотоелектричният ефект не се наблюдава: v 0 = A out /h. Уравнението на Айнщайн: ε = A out + mv 2 max /2, където ε = hv е енергията на абсорбирания фотон, A out е работата на изхода на електрона, напускащ веществото, mv 2 max /2 е максималната кинетична енергия на излъчения електрон.

Уравнението на Айнщайн всъщност е една от формите за записване на закона за запазване на енергията. Токът във фотоклетката ще спре, ако всички излъчени фотоелектрони се забавят, преди да достигнат анода. За да направите това, е необходимо да приложите обратно (задържащо) напрежение u към фотоклетката, чиято стойност също се намира от закона за запазване на енергията:

|e|u з = mv 2 max /2.

5. Лек натиск

Светлинното налягане е налягането, упражнявано от светлината, падаща върху повърхността на тялото.

Ако разглеждаме светлината като поток от фотони, тогава, според принципите на класическата механика, частиците при удар с тяло трябва да предават импулс, с други думи, да упражняват натиск. Това налягане понякога се нарича радиационно налягане. За да изчислите светлинното налягане, можете да използвате следната формула:

стр = W/c (1+ стр), където W е количеството лъчиста енергия, падаща нормално върху 1 m2 повърхност за 1 s; c е скоростта на светлината, стр- коефициент на отражение.

Ако светлината пада под ъгъл спрямо нормалата, тогава налягането може да се изрази по формулата:

6. Комптън ефект и неговото обяснение

Ефектът на Комптън (ефект на Комптън) е феноменът на промяна на дължината на вълната на електромагнитното лъчение поради разсейването му от електрони.

За разсейване от неподвижен електрон, честотата на разсеяния фотон е:

където е ъгълът на разсейване (ъгълът между посоките на разпространение на фотона преди и след разсейването).

Дължината на вълната на Комптън е параметър на измерение на дължината, характерен за релативистичните квантови процеси.

λ С = h/m 0 e c = 2.4∙10 -12 m – Комптънова дължина на вълната на електрона.

Ефектът на Комптън не може да бъде обяснен в рамките на класическата електродинамика. От гледна точка на класическата физика, електромагнитната вълна е непрекъснат обект и в резултат на разсейване от свободни електрони не трябва да променя дължината на вълната си. Ефектът на Комптън е пряко доказателство за квантуване на електромагнитна вълна; с други думи, той потвърждава съществуването на фотон. Ефектът на Комптън е още едно доказателство за валидността на двойствеността вълна-частица на микрочастиците.

Хората отдавна са свикнали с факта, че една от характеристиките на всяка материя е масата. Присъщо е не само на такива големи обекти, като планетите и звездите, но и техните аналози от невидимия микросвят – протони и електрони. Сър по едно време блестящо доказа връзката между масите, които има едно тяло. В рамките на неговата теория все още успешно се извършват изчисления на небесната механика. Известно време след създаването на теорията на Нютон възниква необходимостта от нейните значителни модификации, тъй като някои явления остават необясними. А. Айнщайн решава този проблем, като формулира своята „специална теория“. По същото време се появява известната формула E=m*(c*c), показваща връзката между енергия, маса и Прилагайки формулата към частиците, бързо става ясно, че масата на фотона е нула. На пръв поглед това противоречи здрав разум, обаче всичко е точно така. Масата на фотона при нулева скорост на движение е нула. Но когато една частица преодолее 300 хиляди км/сек, тя придобива обичайната си маса. Въпреки това, в напоследъкСмята се, че масата на фотона все още е нула. И стойността, която следва от формулата H*v = m*(c*c) е И така, на какво всъщност е равна масата на фотона? Наистина има формула. Само че той е по-сложен и изчислението се извършва чрез стойността на импулса на дадена частица.

Тъй като енергията E за фотон е равна на H*v, масата може да се определи от формулата:

m = (H*v) / (c*c)

Но тъй като фотонът, всъщност бидейки лек, принципно не може да съществува при скорости по-малки от "s" (300 хиляди km/s), тогава намерената по-горе маса е правилна само за състоянието на движение.

Импулсът може да бъде намерен чрез

p=(m*v) / sqrt (1- (v*v) / (c*c))

Наличието на инерция показва енергия. Наистина, ако поставите ръката си под слънчевите лъчи в летен ден, ясно ще усетите топлината. Това явление може да се обясни с преноса на енергия от частица с определена маса, движеща се с нея висока скорост. Точно това се наблюдава по отношение на светлината. Ето защо масата и импулсът на фотона са толкова важни, въпреки че в този случай не винаги е възможно да се работи с познати концепции.

Има дебати в множество интернет форуми за природата на светлината и как да се извършват изчисления. Очевидно въпросът каква е масата на фотона все още не може да се счита за приключен. Новите модели позволяват да се обяснят наблюдаваните процеси по напълно различен начин. Това винаги се случва в науката: например, първоначално теорията на Нютон се смяташе за завършена и логична, но скоро стана ясно, че са необходими редица поправки. Въпреки това нищо не ви пречи да го използвате сега известни свойствачовек се научи да вижда в тъмното с помощта на инструменти; вратите на супермаркетите се отварят автоматично за посетители; оптичните мрежи направиха възможно постигането на безпрецедентни скорости на предаване на цифрови данни; и специални устройства направиха възможно преобразуването на енергията на слънчевата светлина в електричество.

Защо фотонът в покой няма маса (и изобщо не съществува)? Има няколко обяснения за това. първо - това заключениеследва от формулите. Второ, тъй като светлината има двойна природа (е едновременно вълна и поток от частици), тогава, очевидно, концепцията за маса е напълно неприложима към радиацията. Третото е логично: представете си бързо въртящо се колело. Ако погледнете през него, тогава вместо спици можете да видите вид мъгла, мъгла. Но веднага щом започнете да намалявате скоростта на въртене, мъглата постепенно изчезва и след пълно спиране остават само спиците. В този пример мъглата е частица, наречена "фотон". Може да се наблюдава само в движение и то със строго определена скорост. Ако скоростта падне под 300 хиляди км/сек, фотонът изчезва.

Светлина и топлина, вкус и мирис, цвят и информация - всичко това е неразривно свързано с фотоните. Освен това животът на растенията, животните и хората е невъзможен без тази удивителна частица.

Смята се, че във Вселената има около 20 милиарда фотона за всеки протон или неутрон. Това е фантастично огромно число.

Но какво знаем за тази най-разпространена частица в света около нас?

Някои учени смятат, че скоростта на фотона е равна на скоростта на светлината във вакуум, т.е. приблизително 300 000 км/сек и това е максималната възможна скорост във Вселената.

Други учени смятат, че във Вселената има много примери, в които скоростта на частиците е по-висока от скоростта на светлината.

Някои учени смятат, че фотонът е електрически неутрален.

Други смятат, че фотонът има електрически заряд(според някои данни, по-малко от 10 -22 eV/sec 2).

Някои учени смятат, че фотонът е безмасова частица и според тях масата на фотона в покой е нула.

Други смятат, че фотонът има маса. Вярно, много, много малък. Редица изследователи се придържат към тази гледна точка, определяйки масата на фотона по различни начини: по-малко от 6 x 10 -16 eV, 7 x 10 -17 eV, 1 x 10 -22 eV и дори 3 x 10 -27 eV, което е милиарди пъти по-малка електронна маса.

Някои учени смятат, че в съответствие със законите за отражение и пречупване на светлината фотонът е частица, т.е. корпускула. (Евклид, Лукреций, Птолемей, И. Нютон, П. Гасенди)

Други (Р. Декарт, Р. Хук, Х. Хюйгенс, Т. Юнг и О. Френел), разчитайки на явленията дифракция и интерференция на светлината, смятат, че фотонът има вълнова природа.

Когато се излъчва или абсорбира от атомни ядра и електрони, както и по време на фотоелектричния ефект, фотонът се държи като частица.

И когато преминава през стъклена призма или малка дупка в препятствие, фотонът демонстрира своите ярки вълнови свойства.

Компромисното решение на френския учен Луи дьо Бройл, което се основава на дуализма на вълната и частицата, който гласи, че фотоните притежават както частици, така и вълни, не е отговорът на този въпрос. Двойствеността вълна-частица е само временна споразумение, базирайки се на абсолютното безсилие на учените да отговорят на този изключително важен въпрос.

Разбира се, това споразумение донякъде успокои ситуацията, но не реши проблема.

Въз основа на това можем да формулираме първи въпроссвързано с фотон

Въпрос първи.

Фотоните вълни ли са или частици? Или може би и двете, или нито едното?

По-нататък. В съвременната физика фотонът е елементарна частица, която представлява квант (част) от електромагнитното излъчване. Светлинасъщо е електромагнитно излъчване и фотонът се счита за носител на светлина. Това е доста твърдо установено в нашето съзнание и фотонът се свързва преди всичко със светлината.

Въпреки това, в допълнение към светлината, има и други видове електромагнитно лъчение: гама лъчение, рентгенови лъчи, ултравиолетово, видимо, инфрачервено, микровълново и радио лъчение. Те се различават една от друга по дължина на вълната, честота, енергия и имат свои собствени характеристики.

Видове лъчения и техните кратки характеристики

Носителят на всички видове електромагнитно излъчване е фотонът. Според учените тя е еднаква за всички. В същото време всеки тип лъчение се характеризира с различна дължина на вълната, честота на вибрация и различни фотонни енергии. И така, различни фотони? Изглежда, че броят на различни видове електромагнитни вълнитрябва да има равен брой различни видове фотони. Но все още има само един фотон в съвременната физика.

Получава се научен парадокс - лъченията са различни, свойствата им също са различни, но фотонът, който носи тези лъчения, е един и същ.

Например гама-лъчението и рентгеновите лъчи преодоляват бариерите, но ултравиолетовото и инфрачервеното лъчение и видимата светлина, които имат по-голяма дължина на вълната, но по-ниска енергия, не го правят. В същото време микровълновата и радиовълново излъчванеимат още по-голяма дължина на вълната и още по-малко енергия, но преодоляват водния стълб и бетонните стени. Защо?

Проникваща способност на фотоните при различни лъчения

Тук възникват два въпроса.

Въпрос втори.

Всички фотони наистина ли са еднакви във всички видове радиация?

Въпрос трети.

Защо фотоните на някои видове радиация преодоляват бариери, но не и на други видове радиация? Каква е материята - радиация или фотони?

Има мнение, че фотонът е най-малката безструктурна частица във Вселената. Науката все още не е успяла да идентифицира нещо по-малко от фотон. Но дали е така? В крайна сметка, по едно време атомът се смяташе за неделим и най-малкият в света около нас. Следователно четвъртият въпрос е логичен:

Четвърти въпрос.

Дали фотонът е малка и безструктурна частица или се състои от още по-малки образувания?

Освен това се смята, че масата на покой на фотона е нула, но в движение той проявява както маса, така и енергия. Но тогава има

въпрос пети:

Дали фотонът е материална частица или не? Ако фотонът е материален, тогава къде изчезва неговата маса в покой? Ако не е материално, тогава защо се записват напълно материалните му взаимодействия със света около нас?

И така, пред нас са пет озадачаващи въпроса, свързани с фотона. И днес те нямат своите ясни отговори. Всеки от тях има своите проблеми. Проблеми, които ще се опитаме да разгледаме днес.

В нашите пътувания „Дъхът на Вселената“, „Дълбините на Вселената“ и „Силата на Вселената“, през призмата на структурата и функционирането на Вселената, разгледахме всички тези въпроси доста задълбочено. Ние проследихме целия път на образуване на фотони от появата на фундаментални частици - етерни вихрови съсиреци до галактики и техните клъстери. Смея да се надявам, че имаме доста логична и систематично организирана картина на света. Следователно предположението за структурата на фотона се превърна в логична стъпка в системата от знания за нашата Вселена.

Фотонна структура

Фотонът се появи пред нас не като частица или като вълна, а като въртяща се конусовидна пружина с разширяващо се начало и стесняващ се край.

Пружинният дизайн на фотона ни позволява да отговорим на почти всички въпроси, които възникват при изучаването на природни явления и експериментални резултати.

Вече споменахме, че фотоните са носители на различни видове електромагнитно излъчване. В същото време, въпреки факта, че науката знае различни видовеелектромагнитно лъчение: гама лъчение, рентгенови лъчи, ултравиолетово, видимо, инфрачервено, микровълново лъчение и радио лъчение, носещите фотони, които участват в тези процеси, нямат свои собствени разновидности. Тоест, според някои учени, всеки вид радиация се предава от определен универсален тип фотони, които еднакво успешно се проявяват и в процесите на гама-лъчение, и в процесите на радиоизлъчване, и във всякакви други видове радиация.

Не мога да се съглася с тази позиция, т.к природен феноменпоказват, че всички известни електромагнитни лъчения се различават значително едно от друго не само по параметри (дължина на вълната, честота, енергийни възможности), но и по техните свойства. Например, гама-лъчението лесно прониква през всякакви препятствия, а видимото лъчение също толкова лесно се спира от тези бариери.

Следователно, в един случай фотоните могат да пренасят радиация през бариери, а в друг, същите фотонивече са безсилни да преодолеят каквото и да било. Този факт ни кара да се чудим дали фотоните наистина са толкова универсални или имат свои собствени разновидности, съответстващи на свойствата на различните електромагнитни лъчения във Вселената.

Предполагамправилно, определете всеки вид радиация свой собствен сортфотони. За съжаление подобна градация все още съществува съвременна наукаНе е наличен. Но това е не само лесно, но и изключително необходимо да се поправи. И това е съвсем разбираемо, тъй като радиацията и нейните параметри се променят, а фотоните в съвременната интерпретация са представени само от едно общо понятие - „фотон“. Въпреки че трябва да се признае, че с промените в параметрите на радиацията в справочнициПараметрите на фотона също се променят.

Ситуацията е подобна на приложението обща концепция"автомобил" към всички свои марки. Но тези марки са различни. Можем да закупим Лада, Мерцедес, Волво или Тойота. Всички те отговарят на концепцията за „кола“, но всички те са различни както на външен вид, така и навътре технически спецификации, и по себестойност.

Следователно би било логично, ако предложим фотони на гама лъчение, рентгенови фотони като носители на гама лъчение, ултравиолетова радиация- фотони на ултравиолетовото лъчение и др. Всички тези видове фотони ще се различават един от друг по дължината на завоите (дължина на вълната), скоростта на въртене (честота на вибрация) и енергията, която носят.

Фотоните на гама лъчение и рентгенови лъчи са компресирана пружина с минимални размерии с концентрирана енергия в този малък обем. Следователно те проявяват свойствата на частиците и лесно преодоляват препятствията, движейки се между молекулите и атомите на материята.

Ултравиолетови фотони, видима светлина и фотони инфрачервено лъчение- това е същата пружина, само опъната. Енергията в тези фотони остава същата, но се разпределя върху по-удължено тяло на фотона. Увеличаването на дължината на фотона му позволява да проявява свойствата на вълна. Увеличаването на диаметъра на фотона обаче не му позволява да проникне между молекулите на веществото.

Микровълновите и радио фотоните имат още по-разтегната структура. Дължината на радиовълните може да достигне няколко хиляди километра, но те имат най-малка енергия. Те лесно проникват през бариери, сякаш се завинтват в веществото на бариерата, заобикаляйки молекулите и атомите на веществото.

Във Вселената всички видове фотони постепенно се преобразуват от фотони на гама лъчение. Гама фотоните са първични. При движение в пространството скоростта на тяхното въртене намалява и те последователно се превръщат във фотони на рентгеново лъчение, а тези от своя страна във фотони на ултравиолетово лъчение, които се превръщат във фотони на видима светлина и др.

Следователно фотоните на гама-лъчите се превръщат в рентгенови фотони. Тези фотони ще имат по-голяма дължина на вълната и по-ниска скорост на въртене. След това рентгеновите фотони се преобразуват в ултравиолетови фотони, които се преобразуват във видима светлина и т.н.

Повечето ярък примерМожем да наблюдаваме тази трансформация в динамиката по време на ядрена експлозия.

Ядрена експлозия и зони на нейното разрушаващо действие

В ход ядрен взривв рамките на няколко секунди прониква поток от фотони на гама лъчение заобикаляща средана разстояние около 3 км. След това гама лъчението спира, но се открива рентгеново лъчение. Смятам, че в този случай фотоните на гама лъчението се превръщат във фотони на рентгеновото лъчение, а те последователно във фотони на ултравиолетовото, видимото и инфрачервеното лъчение. Потокът от фотони съответно причинява появата увреждащи факториядрен взрив - проникваща радиация, светлинна радиация и пожари.

В „Дълбините на Вселената” разгледахме подробно структурата на фотоните и процесите на тяхното образуване и функциониране. Стана ни ясно, че фотоните се състоят от пръстеновидни енергийни фракции с различни диаметри, свързани една с друга.

Фотонна структура

Фракциите се образуват от фундаментални частици - най-малките етерни вихрови съсиреци, които са етерно плътниостил. Тези етерни плътности са напълно материални, точно както етерът и целият свят около нас са материални. Етерните плътности определят масовите показатели на етерните вихрови съсиреци. Масата на бучките съставлява масата на фракциите, а те съставляват масата на фотона. И няма значение дали е в движение или в покой. Следователно фотонът е напълно материали има своя собствена добре дефинирана маса както в покой, така и в движение.

Вече получихме директно потвърждение на нашата идея за структурата на фотона и неговия състав в хода на експериментите. Надявам се, че в близко бъдеще ще публикуваме всички получени резултати. Освен това подобни резултати са получени и в чужди лаборатории. Така че има основание да смятаме, че сме на прав път.

И така, ние отговорихме на редица въпроси относно фотона.

Фотонът, според нашето разбиране, не е частица или вълна, а пружина, която при различни условия може да бъде компресирана до размера на частиците или може също да се разтегне, проявявайки свойствата на вълна.

Фотоните имат свои собствени разновидности в зависимост от вида на радиацията и могат да бъдат фотони на гама лъчение, рентгенови фотони, ултравиолетови, видими, инфрачервени и микровълнови фотони, както и радиофотони.

Фотонът е материален и има маса. Той не е най-малката частицавъв Вселената, но се състои от етерни вихрови съсиреци и енергийни фракции.

Разбирам, че това е донякъде неочаквана и необичайна интерпретация на фотона. Но аз не изхождам от общоприети правила и постулати, приети преди много години без връзка с процесите общо развитиемир. И от логиката, която идва от законите на устройството на света, които са ключът към вратата, водеща към Истината.

Същевременно през 2013 г. бяха наградени Нобелови наградиот физиците Питър Хигс и Франсоа Енглер, които през 1964 г. независимо един от друг предполагат съществуването на друга частица в природата – неутралния бозон, който с лека ръка Нобелов лауреатЛ. Ледерман беше наречен „частицата на Бога“, т.е. този основен принцип, тази първа тухла, от която се състои цялото ни Светът. През 2012 г. провеждане на експерименти върху сблъскващи се протонни лъчи при високи скорости, два отново независими научна общностотново, почти едновременно те обявиха откриването на частица, чиито параметри съвпадаха помежду си и съответстваха на стойностите, предсказани от П. Хигс и Ф. Енглер.

Такава частица е неутрален бозон, регистриран по време на експериментите, чийто живот е не повече от 1,56 х 10 -22 секунди и чиято маса е повече от 100 пъти по-голяма от масата на протон. На тази частица се приписваше способността да придава маса на всичко материално, което съществува в този свят - от атом до куп галактики. Освен това се предполагаше, че тази частица е пряко доказателство за наличието на определено хипотетично поле, преминавайки през което всички частици придобиват тегло. Това е толкова магическо откритие.

Общата еуфория от това откритие обаче не трая дълго. Защото възникнаха въпроси, които нямаше как да не възникнат. Наистина, ако бозонът на Хигс наистина е „частица от Бог“, тогава защо неговият „живот“ е толкова мимолетен? Разбирането за Бога винаги е било свързвано с вечността. Но ако Бог е вечен, тогава всяка частица от Него също трябва да бъде вечна. Би било логично и разбираемо. Но „животът“ на бозона, продължаващ част от секундата с двадесет и две нули след десетичната запетая, всъщност не се вписва във вечността. Трудно е дори да го наречем момент.

Освен това, ако говорим за „частица на Бог“, тогава е необходимо ясно да разберем, че тя трябва да се намира във всичко, което ни заобикаля и да представлява независима, дълготрайна и минимално обемна единица, която съставлява всички известни частици от нашия свят.

От тези божествени частици нашият свят ще трябва постепенно да бъде изграден, стъпка по стъпка. Частиците трябва да се състоят от тях, атомите трябва да се състоят от частици и така нататък до звездите, галактиките и Вселената. Всички известни и непознати полета също трябва да бъдат свързани с тази магическа частица и да предават не само маса, но и всяко друго взаимодействие. Мисля, че това е логично и не противоречи на здравия разум. Защото, тъй като свързваме тази частица с божествения принцип, трябва да имаме адекватен отговор на нашите очаквания.

Но вече видяхме, че масата на бозона на Хигс значително надвишава дори масата на протона. Но как можете да изградите нещо малко от нещо голямо? Как да вкарам слон в миша дупка?! Няма начин.

Цялата тази тема, честно казано, не е много прозрачна и обоснована. Въпреки че може би не разбирам нещо съвсем поради липсата на компетентност, все пак Хигс бозонът, по мое дълбоко убеждение, наистина не се вписва под „частицата на Бог“.

Друго нещо е фотонът. Тази чудесна частица напълно е преобразила човешкия живот на планетата.

Благодарение на фотоните на различни лъчения, ние виждаме света около нас и се наслаждаваме слънчева светлинаи топлина, слушаме музика и гледаме телевизионни новини, диагностицираме и лекуваме, проверяваме и дефектираме метали, гледаме в космоса и проникваме в дълбините на материята, комуникираме помежду си на разстояние по телефона... Животът без фотони би бил немислим . Те не са просто част от живота ни. Те са нашият живот.

Фотоните всъщност са основният инструмент за комуникация между човека и света около него.Само те ни позволяват да се потопим в света около нас и с помощта на зрението, обонянието, докосването и вкуса да го разберем и да се възхищаваме на неговата красота и разнообразие. Всичко това е благодарение на тях – фотоните.

И по-нататък. Това може би е основното. Само фотоните носят светлина! И според всички религиозни канони Бог е родил тази светлина. Нещо повече, Бог е светлина!

Е, как човек може да преодолее изкушението и да не назове фотона? истинска „божия частица“!Фотон и само фотон може да твърди това най-висок ранг! Фотонът е светлина! Фотонът е топлина! Фотонът е целият бунт от цветове на света! Photon е ароматни миризми и фини вкусове! Няма живот без фотони! И ако се случи, кому е нужен такъв живот? Без светлина и топлина, без вкус и мирис. Никой.

Следователно, ако говорим за частица от Бог, тогава трябва само да говорим за фотон- за този невероятен подарък, който ни е даден От Висшите сили. Но дори и тогава, само алегорично. Защото Бог не може да има частици. Бог е един и цял и не може да бъде разделен на никакви частици.

Фотон - квант електромагнитно поле, елементарна частица с нулева маса на покой и спин, равен на единица. Фотонът е най-разпространената от всички елементарни частици. Намира се в потоци от видима светлина, и в рентгенови лъчи, и под формата на радиовълни, и в лазерни импулси. През 1964 г. американските радиоастрономи А. Пензиас и Р. Уилсън откриват, че космическото пространство е изпълнено с милиметрови радиовълни, които могат да се разглеждат като студен фотонен газ при температура 2,7 K. Според съвременните концепции това лъчение (то се нарича реликтово излъчване) произхожда от ранни стадииразвитието на Вселената, когато материята е била при огромна температура и налягане (виж Космология). Средната плътност на реликтните фотони е около 500 на . Това число може да се сравни с изобилието от протони, от които е изграден светът около нас: във Вселената средно има не повече от един протон на . Така във Вселената фотоните са милиард пъти по-често срещани от протоните.

Историческата съдба на фотона е необичайна; може би това е единствената елементарна частица, за която е невъзможно да се посочи авторът на нейното експериментално откритие. Фотонът е открит теоретично от М. Планк, който на 14 декември 1900 г. на среща на Берлинското физическо дружество изрази своята хипотеза за квантуване на радиационната енергия. От този момент нататък във физиката започва квантовата ера.

Развивайки идеята на Планк, А. Айнщайн през 1905 г. предполага, че светлината не само се излъчва и абсорбира на отделни порции, но и се състои от тях. Това беше смело и необичайно обобщение. Например, ние винаги пием вода на порции, глътки, но от това не следва, че водата се състои от отделни глътки. Според теорията на Айнщайн електромагнитната вълна започва да изглежда като поток от кванти.

Хипотезата на Планк позволи да се обяснят законите на фотоелектричния ефект, луминесценцията и редица други явления. Корпускулярните свойства на електромагнитното излъчване са най-ясно проявени в експериментите на А. Комптън за разсейване на рентгенови лъчи от свободни електрони (1922 г.). Ефектът на Комптън потвърди правилността на квантовите концепции за електромагнитно излъчване, и във физиката през 20-те години. най-накрая влезе нова елементарна частица, наречена фотон (от гръцка дума, което означава „светлина“).

Фотонът, както всяка друга квантова частица, притежава както вълнови, така и корпускулярни свойства едновременно, така че в спора, който се проточи почти два века между привържениците на вълновата и корпускулярната теории за светлината, всички се оказаха прави в своето собствен начин. IN обикновен животкорпускулярните свойства на светлината не се проявяват, тъй като имаме работа с фотони не поотделно, а с голям брой наведнъж, възприемани като светлинна вълна. Известно е, че електромагнитната вълна се характеризира с кръгова честота o), интензитет и скорост на разпространение c, което има основното значение на ограничаващата скорост на разпространение на взаимодействията ( съвременно значение). Фотоните, съответстващи на вълната, имат енергия и импулс (съвременната стойност на константата на Планк J s). Например максималната радиация от Слънцето пада върху светлина с дължина на вълната K cm, което съответства на кръгова честота от Hz. Енергията на такива фотони е J. Слънчева константа, т.е. падащата енергия за единица време на единица площ земната повърхност, е равно на , от което можем да изчислим, че за 1 s огромен брой фотони, около . В същото време при експерименти с елементарни частици детекторите записват фотони един по един и дори човешкото око по принцип е способно на това.

Броят на фотоните не е постоянен, те могат да се създават и унищожават в процеси на взаимодействие, например в процеса на анихилация (виж Антиматерия, - символи на електрон и позитрон, - символ на фотон, гама квант). Както тук, така и при ефекта на Комптън, фотоните действат като реално наблюдавани частици. В допълнение, фотоните могат да съществуват в ненаблюдаемо виртуално състояние, пренасяйки електромагнитни взаимодействия.

Фотонни свойства като елементарна частицасе коренят в класическата електродинамика. Фотонът е електрически неутрален, зарядът му е нула. (В противен случай две електромагнитни вълни биха могли да взаимодействат една с друга и полето на двата заряда вече няма да бъде сумата от полетата на всеки от тях поотделно.) Фотонът също няма други заряди: казва се, че е наистина неутрален и е идентичен на своята античастица (виж Антиматерия). Четността на заряда на фотона е -1, което следва от очевиден фактпромени в посоката на електрическите и магнитните полета към противоположни, когато знаците на всички заряди на всяка система се променят. Запазването на паритета на заряда в електромагнитните взаимодействия, свързано със симетрията между електроните и техните античастици - позитрони, води до определени ограничения на реакциите. Например, някои системи от частици могат да се разпаднат само на четен брой фотони, докато други могат да се разпаднат само на нечетен брой (виж Антиматерия).

Особено добре са проучени процесите на взаимодействие на фотони с електрони и позитрони - това е така наречената квантова електродинамика, чиито прогнози са проверени в експерименти с голяма точност.

Масата на покой на фотона е нула. Това означава, че фотонът не може нито да бъде спрян, нито забавен. Независимо от енергията си, той е обречен да се движи с основна скорост c. Ако приемем, че фотонът има някаква малка, но все пак крайна маса, тогава можем да изследваме наблюдаваните ефекти, които възникват. Както при обикновените частици, тогава скоростта на фотоните ще зависи от тяхната енергия (т.е. от дължината на вълната на излъчването) и винаги ще бъде по-малка от c. Ефектът от дисперсията на електромагнитните вълни във вакуум може по принцип да бъде открит чрез излъчването на пулсарите. Образно казано, сините лъчи ще достигнат до наблюдателя преди червените. Предвид огромните разстояния, които ни разделят от пулсарите, времето на пристигане трябва да се различава значително дори при малки разлики в скоростите на различните лъчи.

Наличието на ограничена маса на покой във фотона би довело до появата на краен диапазон на действие на електромагнитните сили. Всъщност, ако заряд излъчва виртуален фотон, тогава възниква несигурност в енергията и според връзката на несигурността такъв фотон може да съществува само за определен период от време. През това време той ще измине разстояние не по-голямо от , след което трябва да бъде погълнат от друг заряд.