Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Fun with Photons: Einstein’s Nobel Idea of Light

Забава с фотонами: Нобелевская идея света Эйнштейна

Эйнштейн получил Нобелевскую премию не за теорию относительности, а вместо этого — за свою работу, используя идею Планка о кванте, для объяснения другой проблемы — фотоэффекта.

Он пошел дальше чем Планк, предполагая, что вся электромагнитная энергия квантовалась.

Свет, Эйнштейн утверждал, распространялся не волнами, а порциями энергии.

Эти порции энергии стали называться фотонами.

Фотоны являются одними из фундаментальных частиц физики, которые физики надеются объяснить использую теорию струн.

Приведенный в действие фотоэффектом.

Современные фотоэлементы отрабатывают тот же принцип, что и фотоэффект.

Составленные из фотоэлектрических материалов, они принимают электромагнитное излучение в форме солнечного света и преобразуют его в свободные электроны.

Те свободные электроны потом идут по проводам и создают электрический ток, который может питать устройства, такие как декоративные фонари в вашей цветочной клумбе или марсоход НАСА.

Фотоэффект происходит когда свет попадает на определенные материалы, которые потом испускают электроны.

Это почти то же, как если бы свет ударял по свободным электронам, принуждая их покинуть материал

Фотоэффект впервые наблюдал в 1887 году Генрих Герц, но он продолжал ставить физиков в тупик вплоть до объяснения Эйнштейна 1905 года.

На первый взгляд, фотоэффект не похож на то, что сложно объяснить.

Электроны поглощают энергию света, которая причина того, что электроны покидают металлическую пластину.

Физики все еще знали очень мало об электронах — и фактически ничего об атоме — но это имело смысл.

Как и предполагалось, если вы увеличите интенсивность света (суммарная энергия за секунду, которая переносится лучом), то определенно больше электронов испускалось (смотрите верхнюю часть рисунка 7-2).

Однако было две неожиданных проблемы:

• Свыше определенной длинный волны, электроны не испускаются — и не важно насколько интенсивен свет (что и показано на нижней части рисунка 7-2).

• Когда вы увеличиваете интенсивность света, скорость электронов не меняется.

Эйнштейн заметил связь между первой проблемой и ультрафиолетовой катастрофой, с которой сталкивался Макс Планк (смотрите предыдущую секцию для более детальной информации про работу Планка), но в противоположном направлении.

Свету с большей длинной волны (или свет с меньшей частотой) не удавалось делать вещи, которые достигались светом с более короткой длинной волны (свет с большей частотой).

Планк создал пропорциональную зависимость между энергией и частотой.

Эйнштейн снова сделал то, в чем он был лучшим — он взял математику по номиналу и последовательно применял ее.

В результате у высокочастотного света была более высокая энергия фотонов, таким образом, он смог передать достаточно энергии электрону чтобы высвободить его.

У низкочастотных фотонов не хватает энергии, чтобы помочь какому либо электрону сбежать.

У фотонов должна была быть энергия выше определенного порога, чтобы выбить свободные электроны.

Рисунок 7-2:

Фотоэффект возникает, когда свет сталкивается с металлической пластиной, вызывая высвобождение электронов.

Точно так же вторая проблема невлияния интенсивности света на скорость электрона также решена квантовой точкой зрения Эйнштейна на свет.

Энергия каждого фотона основана на его частоте (или длине волны), так увеличение интенсивности света не изменяет энергию каждого фотона; оно только увеличивает общее число фотонов.

Вот почему увеличение интенсивности заставляет испускаться больше электронов, но каждый электрон сохраняет ту же скорость.

Отдельный фотон выбивает электрон с той же самой энергией что и прежде, но больше фотонов проделывают ту же работу.

Ни один электрон не получает выгоду от увеличения интенсивности.

Исходя из принципа, что скорость света постоянна (основа его специальной теории относительности), Эйнштейн знал, что эти фотоны всегда будут двигаться с одинаковой скоростью.

Их энергия будет пропорциональна частоте света, на основе определений Планка.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145367

Переводчики: Swarlz, Irina73