Dualizm korpuskularno- falowy świata

1. Poglądy na naturę światła.


Pierwszy pogląd na charakter światła jest przypisywany Newtonowi. Uważa się go za twórcę teorii korpuskularnej, według której światło rozchodzi się w postaci małych cząstek wyrzucanych ze źródła. Cząstki, wpadając do oka wywołują wrażenia wzrokowe; odbijają się jak piłeczki od powierzchni przedmiotów i przechodząc do innego ośrodka zmieniają kierunek ruchu. Ten pogląd panował do czasu, kiedy zaobserwowano dyfrakcję i interferencję światła (Young, Fresnel - początek XIX wieku), czyli zjawiska falowe i została ogłoszona przez Maxwella (1867 rok) teoria fal elektromagnetycznych. Uznano, że światło ma charakter falowy. Światło stanowi falę elektromagnetyczną o długości od 380nm do 780nm. Za twórcę falowej teorii światła uważa się Huygensa, mimo, iż doświadczalne jej potwierdzenie nastąpiło później (teoria falowa światła została ogłoszona w 1690 roku) i do końca XIX wieku uważano, że światło ma charakter falowy. Odkrycie w XX wieku nowych zjawisk związanych ze światłem, spowodowało korektę tych poglądów i powstanie teorii korpuskularno - falowej.


2. Zjawisko fotoelektryczne.


W 1887 roku - Hertz odkrył zjawisko, które nazywane jest zjawiskiem fotoelektrycznym zewnętrznym (fotoemisja). Polega ono na wybijaniu elektronów z powierzchni niektórych metali pod wpływem światła. Obecnie wiadomo, że nie tylko światło może wybijać elektrony i nie tylko z powierzchni metalu. Zjawisko może być wywołane np. promieniami rentgenowskimi. Po zbadaniu zjawiska, stwierdzono, że jego przebieg odbywa się zgodnie z pewnymi prawami:
  • ilość wybijanych z metalu elektronów zależy od natężenia światła padającego na metal
  • energia kinetyczna wybijanych elektronów (a więc i szybkość) nie zależy od natężenia światła , a zależy od jego długości (i częstotliwości, czyli od barwy światła)
  • dla każdego metalu istnieje najmniejsza częstotliwość światła wywołującego zjawisko, poniżej której zjawisko nie wystąpi
Zjawisko fotoelektryczne zostało wyjaśnione dopiero w 1905 roku przez Einsteina (otrzymał za to nagrodę Nobla w 1922 roku).

Einstein wykorzystał teorię Plancka z 1900 roku, wg której każdy rodzaj promieniowania jest emitowany i pochłaniany porcjami energii. Porcja energii (kwant) opisana jest wzorem:

gdzie E jest energią kwantu, h jest tzw. stałą Plancka o wartości 6,62*10-34Js, a n jest częstotliwością fali.

Wg Einsteina, światło to strumień cząstek (tzw. fotonów), z których każda niesie porcję energii czyli kwant energii. Foton, zderzając się z elektronem, przekazuje mu swoją energię. Jeśli ta energia (Efotonu) wystarczy do pokonania sił wiążących elektron z metalem, to może on wyrwać się z powierzchni metalu (wykonać pracę wyjścia - W) i energia kinetyczna elektronu (Ekinet) jest równa energii fotonu pomniejszonej o pracę wyjścia.

Ekinet = Efotonu - W

3. Dualizm światła.


Zjawiska, którym ulega światło wskazują na jego podwójny charakter. Dyfrakcja, interferencja i później wykryta polaryzacja - świadczą o charakterze falowym, a szybkość światła wskazuje, że jest ono falą elektromagnetyczną. Zjawisko fotoelektryczne i później wykryty efekt Comptona dla promieni rentgenowskich świadczą o charakterze cząsteczkowym (korpuskularnym).
Obydwa te charaktery połączyła teoria dualizmu korpuskularno - falowego promieniowania (a więc i światła), której twórcą był Planck. W oparciu o tę teorię powstała tzw. mechanika kwantowa tłumacząca wiele nowych odkryć XX wieku.
Czym zatem jest światło? Jest rojem fotonów niosących energię. Tej energii odpowiada określona częstotliwość i długość fali:

Tej energii równocześnie odpowiada pewna masa i pęd, czyli cechy cząstek będących w ruchu:


Połączeniem cech korpuskularnych i falowychjest równanie:

w którym h jest stałą Plancka , a p= m c jest pędem fotonu. Fotony jednak, jako cząstki nie mają tzw. masy spoczynkowej - nie istnieją fotony spoczywające.

W XX wieku zaobserwowano zjawiska dyfrakcji i interferencji elektronów [i innych cząstek, co wykorzystano między innymi w mikroskopach elektronowych]. Oznacza to, że nie tylko promieniowanie wykazuje podwójny charakter, ale również cząstki w niektórych sytuacjach ujawniają swój charakter falowy i należy je traktować jak fale materii.  
Dodaj do swoich materiałów
Morze możliwości
na edukator.pl
Narzędzia, zasoby, komunikacja, współpraca. Zarejestruj się. Twórz, gromadź zasoby i dziel się nimi.
Morze możliwości na edukator.pl