فوتون

[mina_bushehr]

فوتون










http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/8/82/photon_animation.gif




مقدمه این تعارض جوهر مانای ذره گونه که با انتشار موج - ذره رخ می‌دهد، نظریه کوانتوم توصیف عینی یابد، آنگاه می‌توانیم موقعیتهای آن را در لحظات پی در پی مشخص و مسیر آن را معین کنیم. اما ذراتی که مسیرهای مشخصی را طی می‌کنند، مشخصه نقش تداخلی موج گونه آنها را برای هر نوع ماده‌ای که واقعا قابل مشاهده باشد، ایجاد نمی‌کند. در آزمایشگاه ، این نقشها همچون نقشی از تیک تاکهای آرایه‌ای از آشکار سازها مشاهده می‌شود. تمهیدات مستند نظریه کوانتومی این نقشها را بوسیله یک تابع موج در فرمالیزم ریاضی آن نظریه بوجود می‌آورد.

این تابع موج احتمال آشکار سازی یک تیک تاک را توصیف می‌کند و چشم به راه یک شیء "حقیقی" نیست. بنابراین ، نظریه کوانتومی با نفی اینکه "موج" یا "ذره" "حقیقی" هستند، مسأله موج - ذره را حل می‌کند. به علاوه ، نظریه کوانتومی با آنچه که از معانی متعارف و رسمی آنها برداشت می‌شود. مفهوم ماده گاهی موج و گاهی ذره است را ندارد.

بر اساس اصل دوبروی ، در مورد ذرات دو حالت ذره‌ای و موجی در نظر گرفته می‌شود، که البته این خاصیت در دنیای میکروسکوپی بیشتر مورد مطالعه است. به عنوان مثال ، اگر ذره‌ای به جرم یک گرم که با سرعت معمولی در حال حرکت است، در نظر بگیریم طول موج منتسب به این ذره ، چنان کوچک خواهد بود که اصلا قابل ملاحظه نیست. اما در مورد ذراتی مانند الکترون ، این طول موج قابل توجه است. بنابراین با توسل به این اصل می‌توان تابش الکترومغناطیسی را نیز متشکل از ذراتی دانست که این ذرات را فوتون می‌گویند.






http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/d/dc/photon.gif




واقعیت کوانتومهای نور نظریه پلانک در ارتباط با بسته‌های انرژی تابشی ، تا اندازه‌ای مبهم بود و فقط به عنوان مبنایی برای توزیع آماری انرژی میان طول موجهای مختلف در طیف الکترومغناطیسی بکار می‌رفت. پنج سال بعد از "پلانک" ، "آلبرت انیشتین" توانست این مفهوم را به صورت مشخص‌تری بیان کند. انیشتین مفهوم کوانتومی نور را برای توجیه اثر فوتوالکتریک بکار برد. بر این اساس ، فوتون‌ها که دارای انرژی معینی هستند، بعد از برخورد با الکترون‌های اتم ، انرژی خود را به آنها داده ، خود از بین می‌روند. این امر می‌تواند به عنوان یک مسئله برخورد میان دو ذره با استفاده از نظریه برخورد توضیح داده شود.

بعد از برخورد ، فوتون از بین می‌رود و الکترون با انرژیی که از فوتون می‌گیرد، از ماده جدا می‌شود و سبب ایجاد یک جریان فوتوالکترونی در مدار خارجی می‌گردد. مقدار جریان در مدار خارجی ، بسته به تعداد فوتونهایی که بر سطح ماده موجود در کاتد تابیده می‌شود، متفاوت خواهد بود.

تأییدی دیگر بر وجود فوتون آزمایش دیگری که توانست وجود فوتونها را بصورت تجربی به اثبات رساند، مربوط به آزمایش است که توسط "کامپتون" انجام شد. این آزمایش که بعدها نام اثر کامپتون را بر خود گرفت، به این صورت بود که تابش الکترومغناطیسی یا فوتون‌ها توسط مواد مختلف پراکنده می‌شود. به بیان دیگر ، در این آزمایش فوتون بعد از تابش مقداری از انرژی خود را به یک الکترون تقریبا آزاد منتقل می‌کرد و خود با انرژی کمتر در راستای دیگر منحرف می‌شد. نتایج این آزمایش که با استفاده از مفهوم کوانتومی نور صورت می‌گرفت، با نتایج تجربی کاملا تطابق داشت.






http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/3/31/gc2photon.gif




جرم فوتون واقعیت جرم فوتون ، به خاصیت عکس مجذوری قانون کولن بر می‌گردد. بر اساس قانون کولن ، نیروی الکتریکی که دو ذره باردار به یکدیگر وارد می‌کنند، نیرویی است که با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. اما این مطالب در تمام شرایط دقیقا درست نیستند، یعنی در فواصل خیلی کوچکتر انحرافاتی وجود دارد و این نیرو دقیقا عکس مجذوری نیست. در این حالت باید فوتونها را ذراتی دارای جرم بدانیم. اما در موارد دیگر که تقریبا بیشتر موارد را شامل می‌شود، این نیرو دقیقا عکس مجذوری است. بنابراین در این حالت باید فوتونها را ذراتی بدون جرم تصور کنیم.

[genius1]

دربندی که سر موضوع ((واقعیت کوانتومهای نور )) وجود دارداشتباه کوچکی می کنید .آنچه به آن در اثر فتوالکتریک اشاره می کنید که در نظریه برخورد توضیح داده می شود دخلی به تکانه ندارد .بلکه آنچه با تکانه سر و کار داردبلکه مربوط به پایستگی انرژی است نه بقایه اندازه ی حرکت .همانطور که رابطه ی فتوالکتریک از قانون پایستگی انرژی حاصل می شود که انرژی جنبشی فتوالکترون http://www.codecogs.com/eq.latex?eV=\frac{1}{2}m{{v}_{max}}^{2}است که در آن V اختلاف پتانسیل لازم برای رهایی از انرژی بستگی و e=1.6*10^-19cبار الکترون و mوv به ترتیب جرم و بیشینه سرعت الکترون است.حال می رسیم به تبدیلات انرژی : ما باید انرژی راصرف تا الکترون از مدار کنده شود که به آن انرژی بستگی یا تابع کار(http://www.codecogs.com/eq.latex?\phi)گویند . چون الکترون پس از برخورد انرژی جنبشی دارد.پس می توان نتیجه گرفت که اختلاف این دو انرژی است . پس:http://www.codecogs.com/eq.latex?eV=\frac{1}{2}m{{v}_{max}}^{2}=hv-h{v}_{0}\Rightarrow E=hv=h{v}_{0}+\frac{1}{2}m{{v}_{max}}^{2}\rightarr ow h{v}_{0}=\phi \rightarrow E=hv=\phi +\frac{1}{2}m{{v}_{max}}^{2}فرمول با لا فرمول عمومی انرژی لازم برای کندن الکترون مقید از اتم است که در آن h=6.626*10^-34ثابت پلانک و vبسامد یا فر کانس است که از رابطه ی http://www.codecogs.com/eq.latex?v=\frac{c}{\lambda }به دست می آید.می بینید که حرفی از تکانه نیست مگر در اثر کامپتون که با استفاده از قانون بقای اندازه حرکت و قانوی بقای انرژی می گوید هر کاه فوتونی با طول موج معین به الکترون مقید بر خورد کند ممکن است ضمن کندن الکترون مقید الکترون مقاری از انرژی خود را به صورت فوتونی با طول موج بلند تر تولید کند که با زاویه ی معینی به بیرون رانده می شود.در آن جا با استفاده از قانون بقای اندازه حرکت اثر کامپتون اثبات می شودکه کامپتون به خاطر آن نوبل فیزیک را گرفت و در کنفرانس سولوی نیز شرکت کرد.البته اشتباه قابل چشم پوشی است زیرا خود اینشتین که در محاسبات تئوری وحدت مشغول بود در یکی از محاسبات عدد را بر صفر تقسیم کرد.