Bugun biz Lebedevning yorug'lik fotonlari bosimini isbotlash tajribasi haqida gapiramiz. Biz bu kashfiyotning ahamiyatini va unga sabab bo‘lgan zaminni ochib beramiz.
Bilim - bu qiziq
Qiziqlik hodisasi haqida ikki nuqtai nazar mavjud. Biri “qiziquvchan Varvaraning burni bozorda yulib ketdi”, ikkinchisi esa “qiziqish illat emas” degan ibora bilan ifodalangan. Qiziqish yoqmaydigan yoki aksincha, zarur bo'lgan sohalarni ajratib ko'rsatsa, bu paradoks osongina hal qilinadi.
Ioxannes Kepler olim bo'lish uchun tug'ilmagan: otasi urushda qatnashgan, onasi esa tavernada ishlagan. Ammo uning ajoyib qobiliyatlari bor edi va, albatta, qiziquvchan edi. Bundan tashqari, Kepler jiddiy ko'rish qobiliyatidan aziyat chekdi. Ammo u kashfiyotlar qildi, buning natijasida ilm-fan va butun dunyo ular hozir bo'lgan joyda. Iogannes Kepler Kopernikning sayyoralar tizimini oydinlashtirish bilan mashhur, ammo bugun biz olimning boshqa yutuqlari haqida gaplashamiz.
Inersiya va toʻlqin uzunligi: Oʻrta asrlar merosi
Ellik ming yil avval matematika va fizika "San'at" bo'limiga tegishli edi. Shuning uchun Kopernik jismlar (shu jumladan samoviy jismlar) harakati mexanikasi, optika va tortishish bilan shug'ullangan. Aynan u inertsiya mavjudligini isbotlagan. XulosalardanBu olim zamonaviy mexanikani, jismlarning o'zaro ta'siri tushunchasini, aloqa qiluvchi jismlarning tezliklarini almashish fanini yaratdi. Kopernik chiziqli optikaning uyg'un tizimini ham yaratdi.
U quyidagi tushunchalarni kiritdi:
- "yorug'likning sinishi";
- "refraktsiya";
- "optik o'q";
- "jami ichki aks ettirish";
- "yoritish".
Va uning tadqiqotlari oxir-oqibat yorug'likning to'lqinli tabiatini isbotladi va Lebedevning fotonlar bosimini o'lchash tajribasiga olib keldi.
Nurning kvant xususiyatlari
Avvalo, yorug'likning mohiyatini aniqlab, uning nima ekanligi haqida gapirib o'tishga arziydi. Foton elektromagnit maydonning kvantidir. Bu butun kosmosda harakatlanadigan energiya to'plami. Siz fotondan ozgina energiyani "tishlab" olmaysiz, lekin uni o'zgartirish mumkin. Misol uchun, agar yorug'lik modda tomonidan so'rilsa, u holda tananing ichida uning energiyasi o'zgarishiga va boshqa energiyaga ega bo'lgan fotonni chiqarishga qodir. Ammo rasmiy ravishda bu so‘rilgan yorug‘lik kvantiga teng bo‘lmaydi.
Buning misoli qattiq metall shar bo'lishi mumkin. Agar materiyaning bir qismi uning yuzasidan yirtilgan bo'lsa, unda shakli o'zgaradi, u sharsimon bo'lishni to'xtatadi. Ammo agar siz butun ob'ektni eritib, suyuq metallni olib, keyin qoldiqlardan kichikroq to'p hosil qilsangiz, u yana shar shaklida bo'ladi, lekin avvalgidek emas.
Yorug'likning to'lqin xususiyatlari
Fotolar toʻlqin xossalariga ega. Asosiy parametrlar:
- to'lqinbo'yi (bo'shliqni tavsiflaydi);
- chastota (belgilaydivaqt);
- amplituda (tebranish kuchini xarakterlaydi).
Ammo elektromagnit maydonning kvanti sifatida foton ham tarqalish yoʻnalishiga ega (toʻlqin vektori sifatida belgilanadi). Bundan tashqari, amplituda vektori to'lqin vektori atrofida aylanishga va to'lqin polarizatsiyasini yaratishga qodir. Bir vaqtning o'zida bir nechta fotonlarning chiqishi bilan faza, aniqrog'i fazalar farqi ham muhim omilga aylanadi. Eslatib o'tamiz, faza - bu tebranishning ma'lum bir vaqtda (ko'tarilish, maksimal, pasayish yoki minimal) to'lqin old qismiga ega bo'lgan qismidir.
Masa va energiya
Eynshteyn aql bilan isbotlaganidek, massa - bu energiya. Ammo har bir aniq holatda, bir qiymat boshqasiga aylanadigan qonunni izlash qiyin bo'lishi mumkin. Yorug'likning yuqoridagi barcha to'lqin xususiyatlari energiya bilan chambarchas bog'liq. Ya'ni: to'lqin uzunligini oshirish va chastotani kamaytirish kamroq energiya degan ma'noni anglatadi. Lekin energiya bor ekan, foton massaga ega bo'lishi kerak, shuning uchun yorug'lik bosimi bo'lishi kerak.
Tajriba tuzilishi
Ammo fotonlar juda kichik boʻlgani uchun ularning massasi ham kichik boʻlishi kerak. Uni yetarlicha aniqlik bilan aniqlay oladigan qurilmani qurish qiyin texnik vazifa edi. Rus olimi Lebedev Petr Nikolaevich buni birinchi bo'lib engdi.
Tajribaning oʻzi burilish momentini aniqlaydigan ogʻirliklar dizayniga asoslangan edi. Kumush ipga shpal osilgan edi. Uning uchlariga bir xil yupqa plitalar biriktirilganmateriallar. Lebedev tajribasida ko'pincha metallar (kumush, oltin, nikel) ishlatilgan, ammo slyuda ham bor edi. Butun struktura shisha idishga joylashtirildi, unda vakuum yaratilgan. Shundan so'ng, bir plastinka yoritilgan, ikkinchisi esa soyada qolgan. Lebedevning tajribasi shuni ko'rsatdiki, bir tomonning yoritilishi tarozi aylana boshlaganiga olib keladi. Olim og'ish burchagiga ko'ra yorug'lik kuchini baholadi.
Qiyinchiliklarni boshdan kechirish
20-asrning boshlarida yetarlicha aniq tajriba oʻrnatish qiyin edi. Har bir fizik vakuum yaratish, shisha bilan ishlash va yuzalarni jilolashni bilardi. Darhaqiqat, bilim qo'lda olingan. O'sha paytda zarur uskunalarni yuzlab dona ishlab chiqaradigan yirik korporatsiyalar yo'q edi. Lebedev qurilmasi qo'lda yaratilgan, shuning uchun olim bir qator qiyinchiliklarga duch keldi.
O'sha paytdagi vakuum hatto o'rtacha emas edi. Olim maxsus nasos yordamida shisha qopqoq ostidan havo chiqardi. Ammo tajriba eng yaxshi holatda kamdan-kam hollarda bo'lib o'tdi. Qurilmaning yoritilgan tomonini isitishdan yorug'lik bosimini (impuls uzatish) ajratish qiyin edi: asosiy to'siq gazning mavjudligi edi. Agar tajriba chuqur vakuumda o‘tkazilganda, yoritilgan tomonda Broun harakati kuchliroq bo‘lgan molekulalar bo‘lmaydi.
Egish burchagining sezgirligi juda ko'p narsani talab qildi. Zamonaviy vint topgichlar radianning milliondan bir qismigacha bo'lgan burchaklarni o'lchashi mumkin. O'n to'qqizinchi asrning boshlarida o'lchovni yalang'och ko'z bilan ko'rish mumkin edi. Texnikavaqt plitalarning bir xil og'irligi va hajmini ta'minlay olmadi. Bu, o'z navbatida, massani bir tekis taqsimlashni imkonsiz qildi, bu ham momentni aniqlashda qiyinchiliklar tug'dirdi.
Ipning izolyatsiyasi va tuzilishi natijaga katta ta'sir qiladi. Agar metall buyumning bir uchi biron sababga ko'ra ko'proq qizdirilgan bo'lsa (bu harorat gradienti deb ataladi), u holda sim yorug'lik bosimisiz burila boshlashi mumkin. Lebedevning qurilmasi juda oddiy bo'lganiga va katta xatoga yo'l qo'yganiga qaramay, yorug'lik fotonlari orqali impulsni uzatish fakti tasdiqlandi.
Yorituvchi plitalarning shakli
Oldingi bo'limda tajribada mavjud bo'lgan ko'plab texnik qiyinchiliklar sanab o'tilgan, ammo asosiy narsa - yorug'likka ta'sir qilmagan. Sof nazariy jihatdan, biz bir-biriga qat'iy parallel bo'lgan plastinkaga monoxromatik nurlar dastasi tushishini tasavvur qilamiz. Ammo yigirmanchi asrning boshlarida yorug'lik manbai quyosh, shamlar va oddiy cho'g'lanma lampalar edi. Nurlar nurlarini parallel qilish uchun murakkab linza tizimlari qurilgan. Va bu holda manbaning yorug'lik intensivligi egri chizig'i eng muhim omil bo'ldi.
Fizika darsida ko'pincha nurlar bir nuqtadan keladi, deb aytiladi. Lekin haqiqiy yorug'lik generatorlari ma'lum o'lchamlarga ega. Bundan tashqari, filamentning o'rtasi qirralarga qaraganda ko'proq fotonlarni chiqarishi mumkin. Natijada, chiroq atrofidagi ba'zi joylarni boshqalarga qaraganda yaxshiroq yoritadi. Berilgan manbadan bir xil yorug‘lik bilan butun fazoni aylanib o‘tuvchi chiziq yorug‘lik intensivligi egri chizig‘i deb ataladi.
Qonli oy va qisman tutilish
Vampir romanlari qonli oyda odamlar va tabiatda sodir boʻladigan dahshatli oʻzgarishlarga toʻla. Ammo bu hodisadan qo'rqmaslik kerak, deb aytmaydi. Chunki bu Quyoshning kattaligining natijasidir. Bizning markaziy yulduzimizning diametri Yerning taxminan 110 diametrini tashkil qiladi. Shu bilan birga, ko'rinadigan diskning bir chetidan ham, boshqa chetidan ham chiqarilgan fotonlar sayyora yuzasiga etib boradi. Shunday qilib, Oy Yerning penumbrasiga tushganda, u butunlay xira bo'lmaydi, balki, xuddi qizil rangga aylanadi. Sayyora atmosferasi ham bu soya uchun aybdor: u to'q sariq rangdan tashqari barcha ko'rinadigan to'lqin uzunliklarini o'zlashtiradi. Yodda tutingki, quyosh quyosh botganda ham qizil rangga aylanadi va aynan u atmosferaning qalinroq qatlamidan o'tgani uchun.
Yerning ozon qatlami qanday yaratilgan?
Buyuk o'quvchi: "Yorug'lik bosimining Lebedev tajribalariga qanday aloqasi bor?" Aytgancha, yorug'likning kimyoviy ta'siri ham fotonning impuls ko'tarishi bilan bog'liq. Ya'ni, bu hodisa sayyora atmosferasining ayrim qatlamlari uchun javobgardir.
Ma'lumki, bizning havo okeanimiz asosan quyosh nurining ultrabinafsha komponentini o'zlashtiradi. Bundan tashqari, agar erning toshli yuzasi ultrabinafsha nurlar bilan yuvilgan bo'lsa, ma'lum shaklda hayot imkonsiz bo'lar edi. Ammo taxminan 100 km balandlikda atmosfera hali hamma narsani o'zlashtiradigan darajada qalin emas. Va ultrabinafsha to'g'ridan-to'g'ri kislorod bilan o'zaro ta'sir qilish imkoniyatini oladi. U O2 molekulalarini parchalaydiatomlarni bo'shatadi va ularning birikmasini boshqa modifikatsiyaga - O3 ga aylantiradi. Uning sof shaklida bu gaz halokatli hisoblanadi. Shuning uchun u havo, suv, kiyimni dezinfeksiya qilish uchun ishlatiladi. Ammo yer atmosferasining bir qismi sifatida u barcha tirik mavjudotlarni zararli nurlanish ta'siridan himoya qiladi, chunki ozon qatlami ko'rinadigan spektrdan yuqori energiya bilan elektromagnit maydon kvantlarini juda samarali tarzda o'zlashtiradi.
