Այսօր մենք զրույց կնվիրենք այնպիսի երեւույթի, ինչպիսին թեթեւ ճնշումն է։ Նկատի ունեցեք հայտնագործության նախադրյալները և դրա հետևանքները գիտության համար:
Լույս և գույն
Մարդկային կարողությունների առեղծվածը հնագույն ժամանակներից անհանգստացրել է մարդկանց։ Ինչպե՞ս է աչքը տեսնում: Ինչու են գոյանում գույները: Ի՞նչն է պատճառը, որ աշխարհն այնպիսին է, ինչպիսին մենք ենք այն ընկալում: Որքա՞ն հեռու կարող է տեսնել մարդը: Արեգակնային ճառագայթների սպեկտրի տարրալուծման հետ կապված փորձերը Նյուտոնն իրականացրել է 17-րդ դարում։ Նա նաև խիստ մաթեմատիկական հիմք դրեց մի շարք տարբեր փաստերի համար, որոնք այն ժամանակ հայտնի էին լույսի մասին։ Իսկ Նյուտոնի տեսությունը շատ բան էր կանխատեսում՝ օրինակ՝ բացահայտումներ, որոնք բացատրում էր միայն քվանտային ֆիզիկան (լույսի շեղումը գրավիտացիոն դաշտում)։ Բայց այն ժամանակվա ֆիզիկան չգիտեր և չէր հասկանում լույսի ճշգրիտ բնույթը։
Ալիք կամ մասնիկ
Այն պահից, երբ ամբողջ աշխարհում գիտնականները սկսեցին ներթափանցել լույսի էության մեջ, տեղի ունեցավ բանավեճ՝ ի՞նչ է ճառագայթումը, ալիքը, թե մասնիկը (մարմինը): Որոշ փաստեր (բեկում, արտացոլում և բևեռացում) հաստատեցին առաջին տեսությունը: Մյուսները (ուղղագիծ տարածում խոչընդոտների բացակայության դեպքում, թեթև ճնշում) - երկրորդը: Այնուամենայնիվ, միայն քվանտային ֆիզիկան կարողացավ հանդարտեցնել այս վեճը՝ երկու տարբերակները մեկում միավորելով։գեներալ. Կորպուսկուլյար ալիքային տեսությունը նշում է, որ ցանկացած միկրոմասնիկ, ներառյալ ֆոտոնը, ունի և՛ ալիքի, և՛ մասնիկի հատկություններ: Այսինքն՝ լույսի քվանտն ունի այնպիսի բնութագրեր, ինչպիսիք են հաճախությունը, ամպլիտուդը և ալիքի երկարությունը, ինչպես նաև իմպուլսը և զանգվածը։ Անմիջապես վերապահում անենք՝ ֆոտոնները հանգիստ զանգված չունեն։ Լինելով էլեկտրամագնիսական դաշտի քվանտ՝ նրանք կրում են էներգիա և զանգված միայն շարժման ընթացքում։ Սա է «լույս» հասկացության էությունը։ Ֆիզիկան այժմ բացատրել է դա բավական մանրամասն։
Ալիքի երկարություն և էներգիա
Մի փոքր վեր նշված էր «ալիքային էներգիա» հասկացությունից։ Էյնշտեյնը համոզիչ կերպով ապացուցեց, որ էներգիան և զանգվածը նույնական հասկացություններ են։ Եթե ֆոտոնը կրում է էներգիա, ապա այն պետք է ունենա զանգված: Այնուամենայնիվ, լույսի քվանտը «խորամանկ» մասնիկ է. երբ ֆոտոնը բախվում է խոչընդոտի, այն ամբողջությամբ տալիս է իր էներգիան նյութին, դառնում է այն և կորցնում է իր անհատական էությունը: Միևնույն ժամանակ, որոշակի հանգամանքներ (օրինակ՝ ուժեղ ջեռուցում) կարող են առաջացնել մետաղների և գազերի նախկինում մութ ու հանգիստ ինտերիերի լույս արտանետումը։ Ֆոտոնի իմպուլսը, զանգվածի առկայության անմիջական հետևանքը, կարելի է որոշել՝ օգտագործելով լույսի ճնշումը։ Ռուսաստանցի հետազոտող Լեբեդևի փորձերը համոզիչ կերպով ապացուցեցին այս զարմանալի փաստը։
Լեբեդևի փորձը
Ռուս գիտնական Պետր Նիկոլաևիչ Լեբեդևը 1899 թվականին կատարել է հետևյալ փորձը. Բարակ արծաթե թելից նա կախեց խաչաձող։ Խաչաձողի ծայրերին գիտնականը կցել է նույն նյութից երկու թիթեղ: Սրանք արծաթե փայլաթիթեղ էին, ոսկի և նույնիսկ միկա: Այսպիսով, ստեղծվեցին մի տեսակ կշեռքներ. Միայն նրանք չափել են ոչ թե վերեւից սեղմող բեռի, այլ թիթեղներից յուրաքանչյուրի վրա կողքից սեղմող բեռի քաշը։ Լեբեդևն այս ամբողջ կառույցը տեղադրել է ապակե ծածկույթի տակ, որպեսզի քամին և օդի խտության պատահական տատանումները չկարողանան ազդել դրա վրա։ Ավելին, ես կցանկանայի գրել, որ նա վակուում է ստեղծել կափարիչի տակ: Բայց այն ժամանակ նույնիսկ միջին վակուումի հասնելն անհնար էր։ Այսպիսով, մենք ասում ենք, որ նա ստեղծել է շատ հազվադեպ մթնոլորտ ապակե ծածկույթի տակ: Եվ հերթափոխով լուսավորեց մի ափսեը՝ մյուսը թողնելով ստվերում։ Մակերեւույթներին ուղղված լույսի քանակը կանխորոշված էր։ Շեղման տեսանկյունից Լեբեդևը որոշել է, թե ինչ իմպուլս է փոխանցել լույսը թիթեղներին:
Փնջի նորմալ անկման ժամանակ էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշումը որոշելու բանաձևեր
Եկեք նախ բացատրենք, թե ինչ է «նորմալ անկումը»: Լույսը սովորաբար ընկնում է մակերեսի վրա, եթե այն ուղղված է մակերեսին խիստ ուղղահայաց: Սա սահմանափակումներ է դնում խնդրի վրա՝ մակերեսը պետք է կատարյալ հարթ լինի, իսկ ճառագայթման ճառագայթը պետք է ուղղորդվի շատ ճշգրիտ։ Այս դեպքում լույսի ճնշումը հաշվարկվում է բանաձևով՝
p=(1-k+ρ)I/c, որտեղ
k-ը հաղորդունակությունն է, ρ-ն անդրադարձման գործակիցն է, I-ը ընկնող լույսի ճառագայթի ինտենսիվությունն է, c-ն լույսի արագությունն է վակուումում:
Բայց, հավանաբար, ընթերցողն արդեն կռահել է, որ գործոնների նման իդեալական համակցություն գոյություն չունի։ Նույնիսկ եթե իդեալական մակերեսը հաշվի չառնվի, բավականին դժվար է լույսի անկումը կազմակերպել խիստ ուղղահայաց։
Բանաձևերորոշում էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշումը, երբ այն ընկնում է անկյան տակ
Լույսի ճնշումը հայելու մակերեսի վրա անկյան տակ հաշվարկվում է այլ բանաձևով, որն արդեն պարունակում է վեկտորների տարրեր.
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
P, i, i' արժեքները վեկտորներ են: Այս դեպքում k-ն և ρ-ն, ինչպես և նախորդ բանաձեւում, համապատասխանաբար փոխանցման և արտացոլման գործակիցներն են: Նոր արժեքները նշանակում են հետևյալը՝
- ω – ճառագայթման էներգիայի ծավալային խտություն;
- i-ն և i-ը միավոր վեկտորներ են, որոնք ցույց են տալիս անկման ուղղությունը և արտացոլված լույսի ճառագայթը (դրանք սահմանում են այն ուղղությունները, որոնցով պետք է գումարվեն գործող ուժերը);
- ϴ - անկյունը նորմալին, որի վրա լույսի ճառագայթն ընկնում է (և, համապատասխանաբար, արտացոլվում է, քանի որ մակերեսը հայելային է):
Հիշեցրեք ընթերցողին, որ նորմալն ուղղահայաց է մակերևույթին, հետևաբար, եթե խնդրին տրված է մակերևույթի հետ լույսի անկման անկյունը, ապա ϴ-ն 90 աստիճան է հանած տրված արժեքը:
Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշման երևույթի կիրառում
Ֆիզիկա ուսումնասիրող ուսանողը շատ բանաձևեր, հասկացություններ և երևույթներ ձանձրալի է համարում: Որովհետև, որպես կանոն, ուսուցիչը պատմում է տեսական ասպեկտները, բայց հազվադեպ է կարողանում օրինակներ բերել որոշ երևույթների օգուտների մասին: Սրա մեջ չմեղադրենք դպրոցի մենթորներին. նրանք շատ սահմանափակված են ծրագրով, դասի ընթացքում պետք է ծավալուն նյութ պատմել և դեռ ժամանակ ունենալ՝ ստուգելու աշակերտների գիտելիքները։
Այնուամենայնիվ, մեր ուսումնասիրության առարկան շատ բան ունիհետաքրքիր հավելվածներ:
- Այժմ գրեթե յուրաքանչյուր ուսանող իր ուսումնական հաստատության լաբորատորիայում կարող է կրկնել Լեբեդևի փորձը։ Բայց հետո փորձնական տվյալների համընկնումը տեսական հաշվարկների հետ իսկական բեկում էր։ Առաջին անգամ 20% սխալով կատարված փորձը թույլ տվեց ամբողջ աշխարհի գիտնականներին զարգացնել ֆիզիկայի նոր ճյուղ՝ քվանտային օպտիկա։
- Բարձր էներգիայի պրոտոնների արտադրություն (օրինակ՝ տարբեր նյութերի ճառագայթման համար)՝ բարակ թաղանթները լազերային իմպուլսով արագացնելու միջոցով։
- Հաշվի առնելով Արեգակի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշումը մերձերկրյա օբյեկտների, ներառյալ արբանյակների և տիեզերական կայանների մակերեսի վրա, թույլ է տալիս ավելի մեծ ճշգրտությամբ շտկել դրանց ուղեծիրը և կանխել այդ սարքերը Երկիր ընկնելը:
Վերոնշյալ հավելվածներն այժմ գոյություն ունեն իրական աշխարհում: Բայց կան նաև պոտենցիալ հնարավորություններ, որոնք դեռ չեն իրացվել, քանի որ մարդկության տեխնոլոգիան դեռ չի հասել անհրաժեշտ մակարդակին։ Դրանց թվում՝
- Արևային առագաստ. Նրա օգնությամբ հնարավոր կլիներ բավականին մեծ բեռներ տեղափոխել մերձերկրյա և նույնիսկ արեգակնային մերձակայքում։ Լույսը փոքր ազդակ է տալիս, բայց առագաստի մակերեսի ճիշտ դիրքի դեպքում արագացումը հաստատուն կլիներ։ Շփման բացակայության դեպքում բավական է արագություն հավաքել և ապրանքներ հասցնել Արեգակնային համակարգի ցանկալի կետին։
- Ֆոտոնիկ շարժիչ. Այս տեխնոլոգիան, թերեւս, թույլ կտա մարդուն հաղթահարել սեփական աստղի գրավչությունն ու թռչել այլ աշխարհներ։ Արեգակնային առագաստից տարբերությունն այն է, որ արհեստականորեն ստեղծված սարքը, օրինակ՝ ջերմամիջուկայինը, կստեղծի արևային իմպուլսներ։շարժիչ.
