Experiența lui Lebedev. Presiune de lumină. Dispozitivul Lebedev

Astăzi vom spune despre experiența lui Lebedev în demonstrarea presiunii fotonilor de lumină. Vom dezvălui importanța acestei descoperiri și a premiselor care au condus la aceasta.

Cunoașterea este curiozitate

Există două puncte de vedere despre fenomenul de curiozitate. Unul exprimat prin a spune „nas curios Varvara a rupt de pe piață“, și o alta - spunând „curiozitate. - nu este un viciu“ Acest paradox este ușor de rezolvat dacă delimităm zone în care interesul nu este binevenit sau, dimpotrivă, este necesar.

Johannes Kepler nu sa născut pentru a deveni om de știință: tatăl său sa luptat și mama lui a ținut o tavernă. Dar avea abilități neobișnuite și, desigur, era curios. În plus, Kepler a suferit un defect vizual grave. Dar el a făcut descoperiri, datorită cărora știința și lumea întreagă sunt acolo unde sunt acum. Johannes Kepler este renumit pentru că a specificat sistemul planetar al lui Copernic, dar vom vorbi astăzi despre alte realizări ale omului de știință.

Inerția și lungimea de undă: moștenirea medievală

Cu o mie de ani în urmă, matematica și fizica au aparțin secțiunii "Artă". Prin urmare, Copernicus sa angajat atât în ​​mecanica mișcării corpurilor (inclusiv a corpurilor cerești), cât și în optică și gravitație. El a dovedit existența inerției. Dintre concluziile acestui om de știință a crescut o mecanică modernă, conceptul de organisme care interacționează, știința cursurilor de schimb de atingerea obiectelor. De asemenea, Copernic a dezvoltat un sistem armonios de optică liniară.

El a introdus astfel de concepte ca:

• "Refracția luminii";
• „Refracția“;
• "Axă optică";
• "Reflexie internă completă";
• „Iluminare“.

Și cercetările sale au dovedit în cele din urmă natura valurilor luminii și au condus la experimentul lui Lebedev privind măsurarea presiunii fotonice.

Proprietățile cuantice ale luminii

Pentru început este necesar să determinăm esența luminii și să spunem ce este. Fotonul este un cuantum al câmpului electromagnetic. Este un pachet de energie care se mișcă în spațiu în ansamblu. Un foton nu poate fi "mușcat" un pic de energie, dar poate fi transformat. De exemplu, dacă lumina este absorbită de materie, atunci în interiorul corpului său, energia este capabilă să sufere modificări și să respingă un foton cu o altă energie. Dar nu va fi în mod formal același cuantum de lumină care a fost absorbit.

Un exemplu poate fi o minge metalică solidă. În cazul în care suprafața de a smulge o bucată de pânză, schimbarea formei, încetează să mai fie sferice. Dar dacă întregul obiect este topit, să ia un pic de metal lichid, și apoi înființat din rămășițele o minge mai mică, va fi din nou o sferă, ci o alta, nu la fel ca înainte.

Proprietăți ale luminii

• lungimea de undă (caracterizează spațiul);
• frecvența (caracterizează timpul);
• amplitudinea (caracterizează rezistența oscilației).

Cu toate acestea, ca un cuantum al câmpului electromagnetic, fotonul are de asemenea o direcție de propagare (denumită vector de undă). În plus, vectorul de amplitudine este capabil să se rotească în jurul vectorului de undă și să creeze o polarizare a undelor. Cu emisia simultană de mai mulți fotoni, factorul important este și faza, sau mai degrabă diferența de fază. Reamintim că faza este acea parte a oscilației pe care frontul valului o are la un moment dat (creștere, maximă, coborâre sau minim).

Mass și energie

Așa cum Einstein sa dovedit spiritual, masa este energie. Dar, în fiecare caz specific, căutarea unei legi conform căreia o valoare se transformă în alta este dificilă. Toate caracteristicile lumii de mai sus sunt strâns legate de energie. Anume: creșterea lungimii de undă și reducerea frecvenței înseamnă mai puțină energie. Dar dacă există energie, atunci fotonul trebuie să aibă o masă, deci trebuie să existe o presiune ușoară.

Structura experienței

Cu toate acestea, deoarece fotonii sunt foarte mici, atunci masa lor ar trebui să fie mică. A construi un dispozitiv care să-l poată determina cu suficientă precizie a fost o sarcină tehnică dificilă. Omul de știință rus Lebedev Piotr Nikolayevich a fost primul care a reușit să facă față acestei situații.

Experiența însăși sa bazat pe proiectarea greutăților care au determinat momentul de torsiune. Un traversă era atârnată pe un fir de argint. La capete au fost atașate plăci subțiri identice de diverse materiale. Cel mai adesea, în experiența lui Lebedev s-au folosit metale (argint, aur, nichel), dar a fost și mica. Toate aceste construcții au fost plasate într-un vas de sticlă în care a fost creat un vid. După aceea, un disc a fost aprins, iar celălalt a rămas la umbră. Experiența lui Lebedev a dovedit că lumina pe o parte duce la faptul că baloanele încep să se rotească. Pe unghiul de abatere, omul de știință a judecat puterea luminii.

Dificultăți de experiență

La începutul secolului al XX-lea, a fost dificil să se realizeze un experiment destul de precis. Fiecare fizician știa cum să creeze vid, să lucreze cu sticlă și să poloneze suprafețele. De fapt, cunoștințele au fost obținute manual. Apoi nu existau corporații mai mari care să producă echipamentul potrivit în sute de bucăți. Dispozitivul Lebedev a fost creat manual, astfel încât savantul sa confruntat cu o serie de dificultăți.

Vacuumul la acel moment nu era nici măcar mediu. Omul de știință a pompat aerul sub capacul de sticlă cu o pompă specială. Dar experimentul a fost cel mai bine într-o atmosferă rară. Era dificilă separarea presiunii ușoare (transferul de impulsuri) de încălzirea părții iluminate a dispozitivului: principalul obstacol a fost prezența gazului. Dacă experimentul ar fi efectuat în condiții de vid adânc, atunci nu ar exista molecule ale căror mișcări Brownian pe partea iluminată ar fi mai puternice.

Sensibilitatea unghiului de deformare lasă mult de dorit. Detectoarele elicoidale moderne pot măsura unghiul la cea de-a doua parte a radianului. La începutul secolului al XIX-lea, scara poate fi văzută cu ochiul liber. Tehnica acelui timp nu a putut oferi greutatea și dimensiunea identică a plăcilor. Aceasta, la rândul său, nu a permis distribuirea uniformă a masei, ceea ce a determinat, de asemenea, dificultăți în determinarea cuplului.

Izolarea și structura firului afectează puternic rezultatul. Dacă un capăt al părții metalice a fost încălzit din anumite motive (acest lucru se numește un gradient de temperatură), firul ar putea începe să se încurce fără presiune ușoară. În ciuda faptului că dispozitivul Lebedev a fost destul de simplu și a dat o eroare mare, a fost confirmat faptul transferului de impulsuri de către fotoni de lumină.

Formă de iluminat în formă

Secțiunea anterioară enumără o serie de dificultăți tehnice care au existat în experiment, dar nu au afectat principalul lucru - lumina. Teoretic, ne imaginăm că o rază de raze monocromatice intră pe placă, care sunt strict paralele între ele. Dar la începutul secolului al XX-lea, sursa luminii era soarele, luminile și lămpile simple cu incandescență. Pentru a face paralel raza fasciculului, s-au construit sisteme complexe de lentile. Și în acest caz cel mai important factor a fost curba intensității luminii sursei.

În lecțiile de fizică, se spune adesea că razele emană dintr-un singur punct. Dar generatoarele reale de lumină au anumite dimensiuni. În plus, mijlocul filamentului poate emite mai mulți fotoni decât marginile. Ca urmare, lampa luminează unele zone în jurul valorii de sine mai bine decât altele. O linie care înconjoară întregul spațiu cu aceeași iluminare dintr-o anumită sursă se numește curba intensității luminii.

Luna sângeroasă și eclipsa parțială

Vampiri romane abundă cu transformări teribile care se întâmplă oamenilor și naturii în luna sângeroasă. Dar nu este scris că fenomenul nu trebuie să fie temut. Pentru că este rezultatul dimensiunii mari a Soarelui. Diametrul stelei noastre centrale este de aproximativ 110 diametre ale Pământului. În același timp, fotonii emise de una și cealaltă margine a discului vizibil ajung la suprafața planetei. Astfel, când Luna cade în jumătatea umbrei Pământului, nu este ascunsă complet, ci așa cum a fost pictată în roșu. În această umbră, atmosfera planetei este, de asemenea, de vină: ea absoarbe toate lungimile de undă vizibile, cu excepția celor portocalii. Amintiți-vă, soarele devine și roșie la apus, tocmai pentru că trece printr-un strat mai gros de atmosferă.

Cum se creează stratul de ozon al atmosferei Pământului?

Cititorul meticulos poate întreba: "Ce face presiunea luminii, experimentele lui Lebedev?" Acțiunea chimică a luminii, de altfel, este legat și de faptul că fotonul are un impuls. Anume, acest fenomen este responsabil pentru unele straturi ale atmosferei planetei.

După cum se știe, oceanul nostru aeric absoarbe în principiu componenta ultravioletă a luminii solare. Mai mult decât atât, viața într-o anumită formă ar fi imposibilă, scălda suprafața stâncoasă a pământului în ultraviolet. Dar, la o altitudine de aproximativ 100 km, atmosfera nu este încă atât de groasă încât să absoarbă totul. Iar ultravioletul primește ocazia de a interacționa direct cu oxigenul. El rupe moleculele O₂ pe atomii liberi și facilitează legătura lor cu o altă modificare - O₃. În forma sa pură, acest gaz este mortal. De aceea este folosit pentru dezinfectarea aerului, apei, a hainelor. Dar, ca o parte a atmosferei Pământului protejează toată viața de radiațiile nocive, deoarece stratul de ozon este foarte eficient absoarbe cuantele de câmp electromagnetic cu energii deasupra spectrului vizibil.