Кванты света

Название «световые волны» давно уже не кажется грамотному человеку странным, хотя наш глаз не различает абсолютно никаких волн в световых лучах. Мы видим только, что трава зеленая, небо над нами голубое, а облака, бегущие по нему, белые.

Но волновая природа света подтверждена таким количеством убедительнейших фактов, что сомневаться в ней не приходится. Основным доказательством ее являются дифракционные кольца. Если поставить на пути световых лучей ширму с очень маленьким отверстием (диаметром около микрона), то на экране за ширмой можно отчетливо различить чередующиеся темные и светлые кольца. Они получились вследствие дифракции — огибания лучами света встречных препятствий. Точно доказано, что только волны могут вызывать явление дифракции. Поэтому приходится признать, что есть много общего в таких отдаленных вещах, как ослепительный блеск солнца и медленно расходящиеся по спокойной глади пруда волны.
И свет и волны на воде характеризуются одними и теми же величинами, только величины эти измеряются разными числами. Расстояние между двумя соседними гребнями волн — это длина
волны. На воде она измеряется метрами, а у видимого света колеблется от четырех до семи стотысячных долей сантиметра. Скорость движения гребня волны по поверхности воды исчисляется всего-навсего несколькими метрами в секунду. Лучи же света несутся в пустоте с колоссальной скоростью, выше которой в природе не существует,— 300 тысяч километров в секунду.

Все эти цифры и факты были проверены сотни и тысячи раз десятками ученых разных стран. Казалось, не может быть больше сомнений в справедливости волновой природы света, как вдруг...

Это самое «вдруг» в науке встречается довольно часто.

Метки: , , , , , ,

Самую простую развертку сделать нелегко

На рисунке даны три варианта развертки игрального кубика. Сумма очков на двух противоположных гранях всегда равняется семи.

Самый легкий вариант развертки — в виде буквы «Т». Тут все сразу видно.
Попробуйте расставить правильно очки на двух остальных вариантах развертки кубика. При этом надо сохранить порядок расположения очков, который принят на первой развертке. Сохранить нужно даже и наклон линий, по которым расположены очки 2 и 3 (слева сверху вниз направо для трех очков при положении, изображенном на рисунке кубика, и наоборот — для двух очков). Для облегчения задачи заранее нанесены очки 1 и 6.

Лучи солнца отбрасывают тень предмета на поверхность пола. Эту тень можно назвать проекцией предмета, лучи солнца — проектирующими лучами, а плоскость пола — плоскостью проекции. Но «теневая» проекция — это еще не чертеж.

Чтобы получить технический чертеж, пучок параллельных лучей должен охватить предмет со всех сторон. Посмотрите на цветную вкладку.

Вверху изображена втулка — деталь, часто встречающаяся в машиностроении. Три пучка параллельных лучей проектируют ее на три взаимно-перпендикулярные плоскости проекции. Лучи каждого пучка перпендикулярны одной из них.

Метки: , , , ,

Электроны

Как вдруг почти одновременно несколько открытий в огромной степени поколебали стройное здание волновой теории.

Одним из наиболее сильных подземных толчков, от которого это сооружение покачнулось и дало угрожающие трещины, было открытие фотоэффекта. Само явление фотоэффекта просто, но вот объяснение его составило сложнейшую задачу.

Когда лучи света попадают на поверхность металла, то из нее начинают вырываться электроны. Казалось, в этом нет ничего особенного. Ведь любая волна (и световая в том числе) несет с собой определенную энергию. «Ударяясь» о поверхность металла, она отдает эту энергию его электронам, «раскачивает» их и даже «вырывает» из общей массы металла, подобно тому, как в бурю волны разрушают прибрежные скалы. Действительно, пока ничего необычного нет. Необычное начиналось дальше. Представьте себе, что буря на море разыгралась на на шутку. С грозным ревом обрушиваются могучие волны на берег, дробя скалы и высоко в небо взметая тучи брызг и осколки камня. Удары волн все крепнут, и все выше взлетают в небо кусочки гранита, все с большей силой и скоростью разлетаясь вокруг...

А опыты говорят, что как бы ни «бушевали» световые волны, как бы ни увеличивалась интенсивность освещения, «осколки» металла — электроны — «взлетали» на прежнюю высоту, вылетали с прежней скоростью.

Было от чего растеряться... Что же это? Выходит, световые волны не волны... А что же они тогда?
Дело обстояло так, словно не волны, а тысячи мельчайших пуль вгрызались в поверхность металла, «вырывая» из нее электроны. И чем больше пуль ударялось в металл, тем больше вылетало электронов. Но скорость их отнюдь не менялась, ведь сила удара каждой отдельной пули оставалась прежней!

Выходит, что свет — это не непрерывная волна, а поток мельчайших частиц, несущих с собой порции энергии. Но как же тогда дифракция, интерференция и десятки других доказательств волновой природы света? От этого голова может пойти кругом!

Именно здесь мы подошли к тому самому месту, где классическая «прямая» переходит в «ломаную» квантовой механики. Единая природа света в явлениях дифракция и фотоэффекта проявляет себя по-разному.

Метки: , , , , , ,
  • 2008