La masse du photon est égale. Théorie des photons de la lumière

Mon concept récemment publié d'un Univers quasi stationnaire a provoqué sur ce site toute une tempête de passions mexicaines, qui ne s'est pas apaisée à ce jour. L'un des facteurs de rejet de ce concept était le problème de l'existence d'une masse au repos pour un photon. Je ne pense pas avoir réussi à convaincre tout le monde du bien-fondé de mon opinion selon laquelle le photon a une masse au repos, j'ai donc décidé de poursuivre la discussion, mais à un niveau de compréhension légèrement différent.

Pour commencer, j'ai simplement cherché sur Internet des informations sur ce que les scientifiques pensent de la masse d'un photon en général et de sa masse au repos en particulier. Tant de choses ont été écrites sur ce sujet qu'il ne valait même pas la peine d'essayer de tout analyser - dix vies ne suffiraient pas pour cela. Bien que, en substance, il n’y ait pas beaucoup de différence d’opinion. Par conséquent, j'ai sélectionné trois articles, j'en ai retenu les extraits les plus informatifs et j'ai invité tout le monde à réfléchir à ce qui a été écrit ensemble.

Pourquoi un photon au repos n'a-t-il pas de masse (et n'existe-t-il pas du tout) ? Il y a plusieurs explications à ce sujet. D'abord - cette conclusion découle des formules. Deuxièmement - parce que la lumière a une double nature(est à la fois une onde et un flux de particules), alors, Évidemment, le concept de masse est totalement inapplicable au rayonnement.. La troisième est logique : imaginez une roue qui tourne rapidement. Si vous regardez à travers, au lieu de rayons, vous pouvez voir une sorte de brouillard, de brume. Mais dès que l'on commence à réduire la vitesse de rotation, la brume disparaît progressivement, et après un arrêt complet, il ne reste que les rayons. Dans cet exemple, la brume est une particule appelée photon. On ne peut l'observer qu'en mouvement, et à une vitesse strictement définie. Si la vitesse descend en dessous de 300 000 km/s, alors le photon disparaît.

http://fb.ru/article/51422/kakova-massa-foton a

«Cette conclusion découle des formules» est un argument très faible, ne serait-ce que pour la simple raison qu'aucun formules physiques peut ne pas être absolument exact. Lors de leur élaboration, le principe de négligence des quantités infinitésimales est très souvent utilisé, ce qui signifie qu'il y a toujours une marge d'erreur. Puisque la masse au repos des photons que j'ai calculée est extrêmement petite (1,07721·10 -68 kg), on peut s'attendre à ce que l'assimilation d'une si petite valeur à zéro soit une conséquence de la négligence d'un terme infinitésimal dans une longue chaîne de formules.

Ensuite, des contradictions évidentes sont frappantes. Selon la logique des auteurs de l'article, un photon ne peut pas avoir une masse au repos non nulle, puisqu'il a propriétés des vagues. Mais tous ceux qui ont étudié la physique quantique ou qui connaissent au moins les équations de Schrödinger et de Broglie le savent : non seulement le photon, mais aussi toutes les particules élémentaires sans exception, ont des propriétés ondulatoires. Cela signifie que si nous utilisons cette logique, ni un proton ni un électron ne peuvent avoir de masse au repos. Cependant, nous savons tous que ce n’est pas vrai. Par conséquent, l’application de ce type de logique inversée est absolument illégale.

En présentant le photon comme une sorte de « brume » observée lorsqu’une roue à rayons tourne, les auteurs de l’article semblent avoir complètement perdu toute compréhension du fond du problème. Bon, considérons l'analogie entre la « brume » et le photon comme réussie. Mais on lit plus loin : « dès que l'on commence à réduire la vitesse de rotation, la brume disparaît progressivement, et après un arrêt complet, il ne reste que les rayons ». Dans cette analogie, réduire la vitesse de rotation de la roue équivaut à réduire la vitesse du photon. Et l'arrêt, après quoi « il ne reste que les rayons », est une analogie complète avec l'état de repos du photon. Autrement dit, tout en prouvant ainsi que le photon n'a pas de masse au repos, les auteurs de l'article n'ont même pas remarqué comment ils ont prouvé le contraire : que la masse au repos du photon existe !..

La « brume » symbolise les propriétés ondulatoires du photon, qui disparaissent progressivement à mesure que sa vitesse diminue. Que symbolisent les rayons d'une roue arrêtée ? Un photon au repos qui n’a pas de propriétés ondulatoires. Et cette vision du problème est tout à fait légitime. En effet, en physique quantique, seules les particules en mouvement possèdent des propriétés ondulatoires. Un électron ou un proton stationnaire se comporte exclusivement comme une particule, ne présentant aucune propriété ondulatoire.

Et la dernière gaffe de l’article cité : « Si la vitesse descend en dessous de 300 000 km/s, alors le photon disparaît. » Où disparaît-il ? Il s'agit d'une violation directe de la loi de conservation de l'énergie. Cela signifie que les auteurs de l’article ont tort dans leur raisonnement.

Et voici deux autres articles qui déclarent directement que le photon n'a pas de masse au repos.

Lors de l'utilisation des dépendances (8.4) et (8.5), il n'est généralement pas souligné que la masse des photons apparaissant dans ces dépendances est la masse du mouvement. et le photon n'a pas de masse au repos. À cet égard, des opinions sont exprimées selon lesquelles la masse d'un photon est la même masse (et même une mesure de matière) que celle des particules de matière. Ceci est facilité par l'idée fausse du photon comme particule stable. En réalité, le photon n’est pas une particule stable et n’a pas de masse au repos.

http://rewolet.ru/book_79_chapter_67_%C2%A7_8.3._O_prirode_m ...

Le photon est un boson de jauge. Il n'a pas de masse au repos et charge électrique, écurie.

La masse au repos d'un photon est considérée comme égale à zéro, sur la base de justifications expérimentales et théoriques.

Puisque le photon est une particule sans masse, il se déplace dans le vide à la vitesse c (la vitesse de la lumière dans le vide)

http://traditio-ru.org/wiki/Photon

Après avoir lu les citations ci-dessus, la question se pose immédiatement : le photon est-il stable ou non ? En physique des particules, « l'instabilité » d'une particule signifie que la particule a la propriété de se diviser en deux ou plusieurs particules élémentaires. Par exemple, un neutron libre vit pendant 14 à 15 minutes, spontanément (sans aucune raison extérieure), puis se désintègre en trois particules : un proton, un électron et un antineutrino électronique.

Question piège: Après combien de temps et en quelles particules un photon se désintègre-t-il ?? Ne cherchez pas de réponses dans des ouvrages de référence ou sur Internet, vous ne ferez que perdre votre temps. Le photon est stable. Cela signifie que le deuxième article peut être envoyé en toute sécurité après le premier.

Eh bien, d’après le troisième article cité ici, il ressort clairement que le problème de la masse restante des photons est loin d’être résolu. "La masse restante du photon considérer égale à zéro, basée sur l'expérience et la justification théorique." Question : est-il facile de détecter une masse égale à 1,07721·10 -68 kg au cours d'une expérience ? Pour apprécier l'ampleur des difficultés qui se posent ici, il convient de rappeler un autre problème proche à celui en question. Environ un demi-siècle , sur la base d'expériences et de justifications théoriques, le monde scientifique croyait que la masse au repos du neutrino était égale à zéro. Dans les années 70, les premiers doutes sont apparus à ce sujet, et quelque part au tournant du siècle, des données sont apparues selon lesquelles le neutrino a encore une énergie au repos de l'ordre de plusieurs électrons-volts, ce qui correspond à une masse de l'ordre de 10 -36 kg (≈ 10 000 fois inférieure à la masse d'un électron). jusqu'à présent, les expérimentateurs n'ont pas pu obtenir de réponse claire quant à savoir si la masse du neutrino est réellement celle-ci ou si elle est toujours nulle. Comme vous pouvez le constater, il n'est pas si facile de distinguer une masse de 10 à 36 kg d'une masse de 10 à 36 kg. zéro. Bien sûr, une des difficultés ici est due au fait que le neutrino interagit extrêmement faiblement avec la matière. Cependant, sa masse au repos estimée est tout simplement colossale en comparaison avec la masse au repos du photon que j'ai calculée. Le rapport est de 10 32:1. Autrement dit, un neutrino est environ autant de fois plus massif qu'un photon que le Soleil (dont la masse est de 2,10 30 kg) est plus massif qu'un poids de 10 grammes sur une balance de pharmacie. Alors dites-moi : si l'existence d'une masse au repos colossale d'un neutrino n'a pas encore été prouvée ou réfutée expérimentalement, est-il possible d'exiger des expérimentateurs une réponse à la question sur l'existence d'une minuscule masse au repos d'un photon ? Bien sûr que non.

Par conséquent, il n’existe aucune base factuelle permettant d’affirmer catégoriquement que la masse au repos est égale à zéro.

Eh bien, la dernière affirmation « Puisque le photon est une particule sans masse, il se déplace dans le vide à la vitesse c (la vitesse de la lumière dans le vide) » n'est qu'une inversion logique de l'affirmation également non prouvée « Un photon se déplace toujours à la vitesse de lumière, puisque sa masse au repos est nulle".

Quelle est, à mon avis, la raison de la croyance stable en la masse au repos nulle du photon ? C'est simple. La « vitesse de la lumière » est a priori identifiée à la « vitesse d'un photon ». Mais en fait, il faut l’entendre différemment : la vitesse de la lumière est la vitesse de propagation d’une onde électromagnétique générée par un photon en mouvement. Dans ce cas, la vitesse de déplacement du photon lui-même ne doit pas nécessairement coïncider avec la vitesse de l'onde. Après tout, les ondes de Broglie générées par d’autres particules en mouvement se propagent à des vitesses différentes de celles des particules elles-mêmes.

Dans son interprétation moderne, l'hypothèse quantique affirme que l'énergie E les vibrations d'un atome ou d'une molécule peuvent être égales à h v, 2 h v, 3 hν, etc., mais il n'y a pas d'oscillations d'énergie dans l'intervalle entre deux entiers consécutifs multiples de . Cela signifie que l'énergie n'est pas continue, comme on l'a cru pendant des siècles, mais quantifié , c'est à dire. n'existe que dans des portions discrètes strictement définies. La plus petite portion s'appelle quantum d'énergie . L’hypothèse quantique peut également être formulée comme l’affirmation selon laquelle au niveau atomique-moléculaire, les vibrations ne se produisent avec aucune amplitude. Les valeurs d'amplitude acceptables sont liées à la fréquence d'oscillation ν .

En 1905, Einstein a avancé une idée audacieuse qui généralisait l'hypothèse quantique et en faisait la base nouvelle théorie Sveta ( théorie des quanta effet photoélectrique). D'après la théorie d'Einstein , lumière avec fréquenceν Pas seulement émis, comme le supposait Planck, mais aussi se propage et est absorbé par la substance en portions séparées (quanta), dont l'énergie. Ainsi, la propagation de la lumière doit être considérée non pas comme un processus ondulatoire continu, mais comme un flux de quanta lumineux discrets localisés dans l'espace, se déplaçant à la vitesse de propagation de la lumière dans le vide ( Avec). Quantum un rayonnement électromagnétique j'ai le nom photon .

Comme nous l'avons déjà dit, l'émission d'électrons depuis la surface d'un métal sous l'influence d'un rayonnement incident sur celui-ci correspond à l'idée de la lumière comme onde électromagnétique, car champ électrique L’onde électromagnétique affecte les électrons du métal et en détruit certains. Mais Einstein a attiré l'attention sur le fait que les détails de l'effet photoélectrique prédit par la théorie des ondes et la théorie des photons (corpusculaire quantique) de la lumière diffèrent considérablement.

Ainsi, nous pouvons mesurer l’énergie de l’électron émis sur la base de la théorie des ondes et des photons. Pour répondre à la question de savoir quelle théorie est préférable, considérons quelques détails de l'effet photoélectrique.

Commençons par la théorie des vagues et supposons que la plaque est éclairée par une lumière monochromatique. onde lumineuse caractérisé par des paramètres : intensité et fréquence(ou longueur d'onde). La théorie des vagues prédit que lorsque ces caractéristiques changent, les phénomènes suivants se produisent :

· avec l'augmentation de l'intensité lumineuse, le nombre d'électrons éjectés et leur énergie maximale devraient augmenter, car une intensité lumineuse plus élevée signifie une plus grande amplitude champ électrique, et un champ électrique plus fort extrait des électrons avec une énergie plus élevée ;

électrons détruits; l'énergie cinétique dépend uniquement de l'intensité de la lumière incidente.

La théorie des photons (corpusculaires) prédit quelque chose de complètement différent. Tout d’abord, on remarque que dans un faisceau monochromatique tous les photons ont la même énergie (égale à hν). Augmenter l'intensité d'un faisceau lumineux signifie une augmentation du nombre de photons dans le faisceau, mais n'affecte pas leur énergie si la fréquence reste inchangée. Selon la théorie d'Einstein, un électron est projeté de la surface d'un métal lorsqu'un seul photon entre en collision avec lui. Dans ce cas, toute l’énergie du photon est transférée à l’électron et le photon cesse d’exister. Parce que les électrons sont retenus dans le métal par des forces attractives ; une énergie minimale est nécessaire pour faire sortir un électron de la surface du métal UN(ce qu'on appelle le travail d'extraction et, pour la plupart des métaux, est de l'ordre de plusieurs électrons-volts). Si la fréquence ν de la lumière incidente est petite, alors l'énergie et l'énergie du photon ne suffisent pas pour éliminer un électron de la surface du métal. Si , alors les électrons s'envolent de la surface du métal, et énergie dans un tel processus est préservé, c'est-à-dire énergie photonique ( hν) est égal énergie cinétique l'électron émis plus le travail d'extraction de l'électron du métal :

L'équation (2.3.1) est appelée L'équation d'Einstein pour l'effet photoélectrique externe.

Sur la base de ces considérations, la théorie photonique (corpusculaire) de la lumière prédit ce qui suit.

1. Une augmentation de l’intensité lumineuse signifie une augmentation du nombre de photons incidents, qui éliminent davantage d’électrons de la surface métallique. Mais comme l’énergie des photons est la même, l’énergie cinétique maximale de l’électron ne changera pas ( confirmé je loi de l'effet photoélectrique).

2. À mesure que la fréquence de la lumière incidente augmente, l’énergie cinétique maximale des électrons augmente linéairement conformément à la formule d’Einstein (2.3.1). ( Confirmation II loi de l'effet photoélectrique). Le graphique de cette dépendance est présenté sur la Fig. 2.3.

,

Riz. 2.3

3. Si la fréquence ν est inférieure à la fréquence critique, alors les électrons ne sont pas expulsés de la surface (III loi).

Ainsi, nous voyons que les prédictions de la théorie corpusculaire (photonique) sont très différentes des prédictions de la théorie ondulatoire, mais coïncident très bien avec les trois lois de l'effet photoélectrique établies expérimentalement.

L'équation d'Einstein a été confirmée par les expériences de Millikan réalisées en 1913-1914. La principale différence avec l’expérience de Stoletov est que la surface métallique a été nettoyée sous vide. La dépendance de l’énergie cinétique maximale sur la fréquence a été étudiée et la constante de Planck a été déterminée h.

En 1926, les physiciens russes P.I. Loukirski et S.S. Prilezhaev a utilisé la méthode d'un condensateur sphérique sous vide pour étudier l'effet photoélectrique. L'anode était constituée des parois argentées d'un cylindre sphérique en verre, et la cathode était une boule ( R.≈ 1,5 cm) du métal étudié, placé au centre de la sphère. Cette forme des électrodes a permis d'augmenter la pente de la caractéristique courant-tension et ainsi de déterminer plus précisément la tension de retard (et, par conséquent, h). Valeur de la constante de Planck h, obtenues à partir de ces expériences, est cohérente avec les valeurs trouvées par d'autres méthodes (à partir du rayonnement du corps noir et du bord des courtes longueurs d'onde du spectre continu des rayons X). Tout cela prouve l’exactitude de l’équation d’Einstein et en même temps de sa théorie quantique de l’effet photoélectrique.

Pour expliquer le rayonnement thermique, Planck a proposé que la lumière soit émise par des quanta. Einstein, en expliquant l'effet photoélectrique, a suggéré que la lumière est absorbée par des quanta. Einstein a également suggéré que la lumière se propage par quanta, c'est-à-dire en portions. Le quantum d’énergie lumineuse est appelé photon . Ceux. encore une fois, nous sommes arrivés au concept de corpuscule (particule).

La confirmation la plus directe de l'hypothèse d'Einstein a été fournie par l'expérience de Bothe, qui utilisait la méthode des coïncidences (Fig. 2.4).

Riz. 2.4

Feuille métallique fine F placé entre deux compteurs à décharge gazeuse SCH. La feuille était éclairée par un faible faisceau de rayons X, sous l'influence duquel elle devenait elle-même une source de rayons X (ce phénomène est appelé fluorescence des rayons X). En raison de la faible intensité du faisceau primaire, le nombre de quanta émis par la feuille était faible. Lorsque les quanta frappaient le comptoir, le mécanisme se déclenchait et une marque était faite sur la bande de papier en mouvement. Si l'énergie émise était répartie uniformément dans toutes les directions, comme le suggère le concept d'onde, les deux compteurs devraient fonctionner simultanément et les marques sur la bande seraient opposées l'une à l'autre. En réalité, la disposition des notes était complètement aléatoire. Cela ne peut s'expliquer que par le fait que lors d'actes d'émission individuels, des particules lumineuses apparaissent, volant dans une direction ou une autre. C’est ainsi que l’existence de particules lumineuses spéciales – les photons – a été prouvée expérimentalement.

Un photon a de l'énergie . Pour la lumière visible, longueur d'onde λ = 0,5 µm et énergie E= 2,2 eV, pour les rayons X λ = µm et E= 0,5 eV.

Le photon a une masse inertielle , que l'on peut trouver à partir de la relation :

Le photon se déplace à la vitesse de la lumière c= 3·10 8 m/s. Remplaçons cette valeur de vitesse dans l'expression de la masse relativiste :

.

Un photon est une particule qui n’a pas de masse au repos. Il ne peut exister qu'en se déplaçant à la vitesse de la lumière c .

Trouvons le lien entre l'énergie et l'impulsion photonique.

Nous connaissons l’expression relativiste de l’élan :

Et pour l'énergie :

Photons – particule élémentaire, quantum de rayonnement électromagnétique.

Énergie photonique : ε = hv, où h = 6,626 · 10 -34 J s – constante de Planck.

Masse des photons : m = h·v/c 2 . Cette formule est obtenue à partir des formules

ε = hv et ε = m·c 2. La masse, définie par la formule m = h·v/c 2, est la masse du photon en mouvement. Le photon n'a pas de masse au repos (m 0 = 0), puisqu'il ne peut pas exister au repos.

Moment des photons : Tous les photons se déplacent à une vitesse c = 3·10 8 m/s. Évidemment, le moment du photon P = m c, ce qui signifie que

P = h·v/c = h/λ.

4. Effet photoélectrique externe. Caractéristiques courant-tension de l'effet photoélectrique. Les lois de Stoletov. L'équation d'Einstein

L'effet photoélectrique externe est le phénomène d'émission d'électrons par une substance sous l'influence de la lumière.

La dépendance du courant sur la tension dans le circuit est appelée caractéristique courant-tension de la photocellule.

1) Le nombre de photoélectrons N’ e éjectés de la cathode par unité de temps est proportionnel à l’intensité de la lumière incidente sur la cathode (loi de Stoletov). Ou en d'autres termes : le courant de saturation est proportionnel à la puissance du rayonnement incident sur la cathode : Ń f = P/ε f.

2) La vitesse maximale V max qu'a un électron à la sortie de la cathode dépend uniquement de la fréquence de la lumière ν et ne dépend pas de son intensité.

3) Pour chaque substance, il existe une fréquence de coupure de la lumière ν 0, en dessous de laquelle l'effet photoélectrique n'est pas observé : v 0 = A out /h. L'équation d'Einstein : ε = A out + mv 2 max /2, où ε = hv est l'énergie du photon absorbé, A out est le travail de sortie de l'électron quittant la substance, mv 2 max /2 est l'énergie cinétique maximale de l’électron émis.

L'équation d'Einstein, en fait, est l'une des formes d'écriture de la loi de conservation de l'énergie. Le courant dans la photocellule s'arrêtera si tous les photoélectrons émis sont ralentis avant d'atteindre l'anode. Pour ce faire, il est nécessaire d'appliquer une tension inverse (de maintien) u à la photocellule, dont la valeur se retrouve également à partir de la loi de conservation de l'énergie :

|e|u з = mv 2 max /2.

5. Légère pression

La pression légère est la pression exercée par la lumière tombant sur la surface d'un corps.

Si nous considérons la lumière comme un flux de photons, alors, selon les principes de la mécanique classique, les particules lors d'un impact avec un corps doivent transférer une impulsion, en d'autres termes, exercer une pression. Cette pression est parfois appelée pression de rayonnement. Pour calculer la pression légère, vous pouvez utiliser la formule suivante :

p = W/C (1+ p), où W est la quantité d’énergie radiante incidente normalement sur 1 m2 de surface en 1 s ; c est la vitesse de la lumière, p- coefficient de reflexion.

Si la lumière tombe selon un angle par rapport à la normale, alors la pression peut être exprimée par la formule :

6. L'effet Compton et son explication

L'effet Compton (effet Compton) est le phénomène de modification de la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique en raison de sa diffusion par les électrons.

Pour la diffusion par un électron stationnaire, la fréquence du photon diffusé est :

où est l'angle de diffusion (l'angle entre les directions de propagation des photons avant et après la diffusion).

La longueur d'onde Compton est un paramètre de dimension de longueur caractéristique des processus quantiques relativistes.

λ С = h/m 0 e c = 2,4∙10 -12 m – Longueur d'onde Compton de l'électron.

L'effet Compton ne peut pas être expliqué dans le cadre de l'électrodynamique classique. Du point de vue de la physique classique, une onde électromagnétique est un objet continu et, en raison de la diffusion par des électrons libres, ne devrait pas changer de longueur d'onde. L’effet Compton est une preuve directe de la quantification d’une onde électromagnétique ; autrement dit, il confirme l’existence d’un photon. L'effet Compton est une autre preuve de la validité de la dualité onde-particule des microparticules.

C'est dans la nature humaine d'essayer d'expliquer les lois selon lesquelles nous vivons. le monde. A l'aube de la Conscience, tout ce qui était observé était attribué à une multitude de tonnerres, d'éclairs, de vents différents - ils doivent tous leur apparition aux divinités. Puis le mysticisme a cédé la place à la science. Même s'il en était encore à ses balbutiements, il permettait néanmoins déjà aux esprits curieux d'expliquer une partie de phénomène naturel, sans recourir aux dieux. Un intérêt particulier était lumière visible. Pour tenter de l'expliquer d'une manière ou d'une autre, il a été suggéré qu'il s'agissait d'un flux continu de minuscules particules-corpuscules. I. Newton a adhéré à ce modèle et l'a activement défendu. Et puisqu’il existe une particule, elle doit être caractérisée d’une manière ou d’une autre.

Tout le monde sait que si l’on met la main sous les rayons du soleil, on a chaud. On sait que cela est possible grâce aux radiations. Mais comment exactement le rayonnement transfère-t-il la chaleur ? C’est ainsi que l’énergie photonique a été découverte – d’abord par une méthode indirecte. Et la particule elle-même était appelée « quantum de lumière ». L'énergie photonique est largement utilisée dans technologie moderne: par exemple, c'est elle qui lance le mécanisme d'ouverture automatique des portes dans les grandes surfaces.

Possibilité de l'impossible

Un photon est donc une particule de lumière, un quantum d’énergie. Cependant, des recherches plus approfondies ont mis en doute l'exactitude du modèle corpusculaire. D'abord sur certains propriétés inhabituelles Huygens l'a souligné, puis Jung, avec son expérience avec plusieurs fentes, a découvert le phénomène d'interférence et, sur cette base, a brillamment prouvé... la nature ondulatoire de la lumière. Il semblerait que nous puissions y mettre un terme, mais tout s'est avéré beaucoup plus compliqué. C'est difficile à croire, mais un photon présente à la fois les propriétés d'une particule et d'une onde. Le résultat de toute expérience dépend des attentes du chercheur lui-même. La pensée et l’intention transforment d’une manière ou d’une autre une particule en onde et vice-versa. L'énergie des photons reste inchangée et peut être calculée dans le cadre de la théorie électromagnétique classique.

Le terme « vitesse de la lumière » est directement lié aux photons. En réalité, 300 000 km/s est la vitesse à laquelle ces particules sans masse se déplacent. Leur existence est indissociable du mouvement : même lorsqu'ils apparaissent, les photons se déplacent, formant un faisceau.

Énergie photonique

L'énergie, la vitesse et la masse sont liées entre elles par le fameux E=mc2. En le complétant avec la constante de Planck, on obtient :

où v est la longueur d'onde du rayonnement lumineux (fréquence des photons) ; h est la constante de Planck.

Répétons que puisque cette particule n'existe qu'en mouvement, la valeur obtenue est applicable précisément pour un tel état.

Évidemment, à mesure que la fréquence augmente, l’énergie augmente également. Cependant, l’œil humain est capable de détecter des photons ayant des énergies intrinsèques relativement faibles. Ceci s'explique par la valeur de la constante de Planck, qui est représentée par un nombre à la puissance -34, ce qui donne une énergie extrêmement faible. Par exemple, la couleur la plus intense est le vert. Mais même son énergie est de 4*10 puissance -19 Joules.

Épilogue

La transition de la mécanique classique à la mécanique quantique moderne, dans laquelle presque tous les processus du micromonde peuvent être expliqués dans le cadre de modèles appropriés, s'est poursuivie jusqu'aux années 1900. Une partie des physiciens a adhéré à ce qui a été exprimé par Einstein, tandis que l'autre a adhéré au modèle ondulatoire de la lumière proposé par Maxwell. L'idée moderne du photon a finalement été établie après une expérience de diffusion par un électron (ce dernier étant situé à l'extérieur de l'atome, la notion de coquilles énergétiques ne lui est pas applicable).

Moins d'un atome

Un photon est un micro-objet subnucléaire qui ne peut être divisé en ses composants. Il n’a pas de masse propre et est électriquement neutre. Il s’agit de la plus petite particule indivisible du rayonnement électromagnétique. Photon

se déplace à la vitesse de la lumière et n’existe qu’en mouvement. Il est impossible de l'arrêter. Sa masse au repos est nulle, donc soit elle se déplace à la vitesse de la lumière, soit elle n'existe pas du tout. Il ne peut pas rester immobile. Selon certains scientifiques, un photon n’est pas une particule, mais une onde électromagnétique. Cependant, cette opinion est controversée.

À propos de la nature de la lumière

Le premier scientifique à avoir eu l’idée que la lumière est constituée de minuscules particules invisibles fut le responsable arabe Abu al-Haytham. Il exprima cette idée en 1021 dans son « Livre d'Optique ». Des centaines d’années plus tard, en 1873, Maxwell, un scientifique britannique, révolutionna le domaine. Il est arrivé à la conclusion que la lumière est constituée d’ondes électromagnétiques. Certes, à cette époque, sa théorie sous certains aspects

n'était pas vrai. De plus, en étudiant divers phénomènes électromagnétiques, il est arrivé à une autre conclusion logique. Sa découverte la plus importante est que la lumière exerce inévitablement une pression sur un obstacle. Ce phénomène est basé sur le fait que les photons en mouvement transfèrent leur impulsion aux molécules ou aux atomes qu'ils rencontrent en cours de route. Cette déclaration de Maxwell a été confirmée par N.P. Lebedev. L'impulsion d'un photon est égale au rapport entre la constante de Planck et la longueur d'onde de la lumière. Cela peut être exprimé par la formule p=h/λ.

Utiliser... des photons

Peut-être qu'après un certain temps, l'humanité passera complètement à le nouveau genre une source d’énergie qui sera beaucoup moins chère et plus efficace que le gaz, le pétrole ou le charbon. Il suffit de dire qu’on le trouve déjà presque partout. Entre autres choses, cette source d'énergie ne peut être monopolisée, ce qui offrira de nombreux avantages par rapport à l'utilisation du gaz, de l'électricité, etc. C'est l'énergie photonique. Il est déjà utilisé grâce à l'énergie solaire

batteries. L'énergie des photons est le produit de la constante de Planck et de la fréquence du rayonnement. Cela peut être exprimé par la formule : e=hv. La lettre v désigne dans ce cas la fréquence du photon. Densité radiation solaire au niveau du sol est d'environ mille watts par mètre carré. Ce flux puissant et continu de photons provenant de l'étoile la plus proche de notre planète peut être converti en énergie électrique. Comment? Imaginez un carré plat aux coins biseautés, en silicium, dont le diamètre est généralement de 12,5 cm, c'est un convertisseur photoélectrique. Il peut être mono- ou multicristallin. Les panneaux solaires sont fabriqués à partir de ces pièces. Ils convertissent l'énergie des photons en électricité. L'efficacité du convertisseur peut varier de 5 à 17 pour cent, selon son type et sa structure. Malgré cela, lumière du soleil(lire - énergie photonique) est une source prometteuse d'électricité gratuite. Des panneaux spéciaux qui le recyclent sont installés dans de nombreuses maisons en Europe. Un exemple plus impressionnant peut être donné : à notre époque, des voitures équipées de batteries chargées par la lumière du soleil sont apparues.