Содержание
- Двойственная природа света
- Ультрафиолетовая катастрофа
- Фотоэлектрический эффект
- Теория Эйнштейна Проверено
Альберта Эйнштейна помнят за теорию относительности и уравнение, которое уравнивает массу и энергию, но ни одно из достижений не принесло ему Нобелевскую премию. Он получил эту честь за свою теоретическую работу в области квантовой физики. Развивая идеи, выдвинутые немецким физиком Максом Планком, Эйнштейн предположил, что свет состоит из дискретных частиц. Он предсказал, что сияющий свет на проводящей металлической поверхности создаст электрический ток, и этот прогноз был подтвержден в лаборатории.
Двойственная природа света
Сэр Исаак Ньютон, описывая поведение света, рассеянного призмой, предположил, что свет состоит из частиц. Он думал, что дифракция была вызвана тем, что частицы замедлялись при прохождении через плотные среды.Позже физики склонялись к мнению, что свет - это волна. Одной из причин этого было то, что свет через две щели одновременно создает интерференционную картину, которая возможна только для волн. Когда Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свою теорию электромагнетизма в 1873 году, он основал уравнения на волнообразной природе электричества, магнетизма и света - связанного явления.
Ультрафиолетовая катастрофа
Элегантность уравнений Максвелла является убедительным доказательством волновой теории пропускания света, но Макс Планк был вдохновлен, чтобы опровергнуть эту теорию, чтобы объяснить поведение, наблюдаемое при нагревании «черного ящика», из которого ни один свет не может вырваться. Согласно представлениям о динамике волн, коробка должна излучать бесконечное количество ультрафиолетового излучения при нагревании. Вместо этого он излучал в дискретных частотах - ни одна из них не бесконечна. В 1900 году Планк выдвинул идею о том, что падающая энергия «квантуется» в дискретных пакетах, чтобы объяснить это явление, известное как ультрафиолетовая катастрофа.
Фотоэлектрический эффект
Альберт Эйнштейн принял идеи Планка близко к сердцу, и в 1905 году он опубликовал статью под названием «Об эвристической точке зрения на получение и преобразование света», в которой он использовал их для объяснения фотоэлектрического эффекта, впервые наблюдавшегося Генрихом Герцем в 1887 году. Согласно Эйнштейну, свет, падающий на поверхность металла, создает электрический ток, потому что легкие частицы выбивают электроны из атомов, составляющих металл. Энергия тока должна изменяться в зависимости от частоты - или цвета - падающего света, а не от интенсивности света. Эта идея была революционной в научном сообществе, в котором уравнения Максвелла были хорошо установлены.
Теория Эйнштейна Проверено
Американский физик Роберт Милликен сначала не был убежден в теориях Эйнштейна, и он разработал тщательные эксперименты, чтобы проверить их. Он поместил металлическую пластину внутри вакуумированной стеклянной колбы, осветил пластину различными частотами и записал результирующие токи. Хотя Милликен был скептиком, его наблюдения согласуются с предсказаниями Эйнштейна. Эйнштейн получил Нобелевскую премию в 1921 году, а Милликен - в 1923 году. Ни Эйнштейн, ни Планк, ни Милликан не назвали частицы «фотонами». Этот термин не использовался, пока он не был введен физиком Беркли Гилбертом Льюисом в 1929 году.