Өнөөдөр бид гэрлийн даралт гэх мэт үзэгдлийн талаар ярилцлагаа зориулах болно. Энэхүү нээлтийн үндэслэл болон шинжлэх ухаанд үзүүлэх үр дагаврыг авч үзье.
Гэрэл ба өнгө
Хүний чадварын нууц нь эрт дээр үеэс хүмүүсийн санааг зовоож ирсэн. Нүд яаж хардаг вэ? Яагаад өнгө байдаг вэ? Дэлхий ертөнцийг бидний хүлээж авах арга барилын шалтгаан юу вэ? Хүн хэр холыг харж чадах вэ? Нарны цацрагийг спектр болгон задлах туршилтыг 17-р зуунд Ньютон хийсэн. Тэрээр мөн тэр үед гэрлийн талаар мэдэгдэж байсан хэд хэдэн ялгаатай баримтуудын математикийн хатуу суурийг тавьсан. Ньютоны онол маш их зүйлийг урьдчилан таамаглаж байсан: жишээлбэл, зөвхөн квант физикийн тайлбарласан нээлтүүд (таталцлын талбар дахь гэрлийн хазайлт). Гэвч тэр үеийн физик гэрлийн яг мөн чанарыг мэддэггүй, ойлгодоггүй байсан.
Долгион эсвэл бөөмс
Дэлхийн эрдэмтэд гэрлийн мөн чанарт нэвтэрч эхэлснээс хойш цацраг, долгион эсвэл бөөмс (корпускул) гэж юу вэ? Зарим баримтууд (хугарал, тусгал, туйлшрал) анхны онолыг баталсан. Бусад (саад бэрхшээл, гэрлийн даралт байхгүй үед шулуун шугаман тархалт) - хоёр дахь. Гэсэн хэдий ч зөвхөн квант физик хоёр хувилбарыг нэгтгэснээр энэ маргааныг намжааж чадсан юм.ерөнхий. Корпускуляр долгионы онол нь аливаа бичил бөөмс, түүний дотор фотон нь долгион болон бөөмийн шинж чанартай байдаг. Өөрөөр хэлбэл, гэрлийн квант нь давтамж, далайц, долгионы урт, мөн импульс, масс зэрэг шинж чанартай байдаг. Нэн даруй захиалга хийцгээе: фотонуудад амрах масс байдаггүй. Тэд цахилгаан соронзон орны квант учраас зөвхөн хөдөлгөөний явцад энерги, массыг зөөдөг. Энэ бол "гэрэл" гэсэн ойлголтын мөн чанар юм. Физик үүнийг одоо хангалттай дэлгэрэнгүй тайлбарласан.
Долгионы урт ба энерги
Бага зэрэг дээр "долгионы энерги" гэсэн ойлголтыг дурдсан. Эйнштейн энерги ба масс нь ижил ойлголт гэдгийг баттай нотолсон. Хэрэв фотон энерги зөөвөрлөж байвал масстай байх ёстой. Гэсэн хэдий ч гэрлийн квант бол "зальтай" бөөмс юм: фотон нь саадтай мөргөлдөхөд тэрээр энергийг бодис руу бүрэн өгч, өөрөө болж, бие даасан мөн чанараа алддаг. Үүний зэрэгцээ тодорхой нөхцөл байдал (жишээлбэл, хүчтэй халаалт) нь метал, хийн өмнө нь харанхуй, тайван дотоод засал чимэглэлийг гэрэлтүүлэхэд хүргэдэг. Масс байгаагийн шууд үр дагавар болох фотоны импульсийг гэрлийн даралтыг ашиглан тодорхойлж болно. Оросын судлаач Лебедевийн хийсэн туршилтууд энэ гайхалтай баримтыг баттай нотолсон.
Лебедевын туршилт
Оросын эрдэмтэн Петр Николаевич Лебедев 1899 онд дараах туршилтыг хийжээ. Нимгэн мөнгөн утсан дээр хөндлөвч өлгөв. Эрдэмтэн хөндлөвчний төгсгөлд ижил бодисын хоёр хавтанг хавсаргав. Эдгээр нь мөнгөн тугалган цаас, алт, тэр ч байтугай гялтгануур байв. Ийнхүү нэг төрлийн жинлүүр бий болсон. Зөвхөн тэд дээрээс дарж буй ачааны жинг хэмжсэнгүй, харин хавтан тус бүрийн хажуу талаас дарах ачааны жинг хэмжсэн. Лебедев энэ бүтцийг бүхэлд нь шилэн бүрээсийн доор байрлуулсан бөгөөд ингэснээр салхи, агаарын нягтын санамсаргүй хэлбэлзэл түүнд нөлөөлөхгүй. Цаашлаад тагны доор вакуум үүсгэсэн гэж бичмээр байна. Гэхдээ тэр үед дундаж вакуум хүртэл хүрэх боломжгүй байсан. Тиймээс бид түүнийг шилэн бүрхүүлийн дор маш ховор уур амьсгалыг бий болгосон гэж хэлдэг. Мөн нэг хавтанг ээлжлэн гэрэлтүүлж, нөгөөг нь сүүдэрт үлдээв. Гадаргуу дээр чиглэсэн гэрлийн хэмжээг урьдчилан тодорхойлсон. Лебедев хазайлтын өнцгөөс харахад гэрлийг ялтсууд руу ямар импульс дамжуулсныг тодорхойлсон.
Цахилгаан соронзон цацрагийн даралтыг хэвийн цацрагийн тусгалт тодорхойлох томьёо
Эхлээд "хэвийн уналт" гэж юу болохыг тайлбарлая? Гэрэл нь гадаргуу дээр яг перпендикуляр чиглүүлсэн тохиолдолд гадаргуу дээр тусдаг. Энэ нь асуудалд хязгаарлалт тавьдаг: гадаргуу нь төгс гөлгөр байх ёстой бөгөөд цацрагийн цацрагийг маш нарийн чиглүүлэх ёстой. Энэ тохиолдолд гэрлийн даралтыг дараах томъёогоор тооцоолно:
p=(1-k+ρ)I/c, хаана
k нь дамжуулах чадвар, ρ нь тусгалын коэффициент, I нь туссан гэрлийн туяа, c нь вакуум дахь гэрлийн хурд юм.
Гэхдээ уншигчид хүчин зүйлсийн ийм тохиромжтой хослол байхгүй гэдгийг аль хэдийн таамагласан байх. Хэдий хамгийн тохиромжтой гадаргууг тооцоогүй ч гэрлийн тусгалыг нарийн перпендикуляраар зохион байгуулахад хэцүү байдаг.
Томъёоцахилгаан соронзон цацраг өнцгөөр унах үеийн даралтыг тодорхойлох
Өнцөг дээр толин тусгал гадаргуу дээрх гэрлийн даралтыг векторын элементүүдийг агуулсан өөр томьёо ашиглан тооцоолно:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
p, i, i' утгууд нь векторууд. Энэ тохиолдолд өмнөх томьёоны нэгэн адил k ба ρ нь дамжуулах ба тусгах коэффициент юм. Шинэ утгууд нь дараах утгыг илэрхийлнэ:
- ω – цацрагийн энергийн эзлэхүүний нягт;
- i ба i' нь ослын чиглэл ба ойсон гэрлийн туяаг харуулсан нэгж векторууд юм (тэдгээр нь ажиллах хүчийг нэмэх чиглэлийг тогтоодог);
- ϴ - гэрлийн туяа унах (гадаргуу нь толин тусгалтай тул туссан) хэвийн өнцөг.
Уншигчид нормаль нь гадаргууд перпендикуляр гэдгийг сануул, тиймээс асуудалд гадаргууд гэрлийн тусах өнцгийг өгвөл ϴ нь өгөгдсөн утгаас 90 хэмийг хасна.
Цахилгаан соронзон цацрагийн даралтын үзэгдлийн хэрэглээ
Физикийн чиглэлээр суралцдаг оюутанд олон томьёо, ойлголт, үзэгдлүүд уйтгартай санагддаг. Учир нь дүрмээр бол багш онолын талыг хэлдэг боловч зарим үзэгдлийн ашиг тусын жишээг ховорхон хэлж чаддаг. Үүнд сургуулийн багш нарыг буруутгах хэрэггүй: тэд хөтөлбөрөөр маш хязгаарлагдмал, хичээлийн үеэр та өргөн хүрээний материалыг ярих хэрэгтэй бөгөөд сурагчдын мэдлэгийг шалгах цаг завтай хэвээр байна.
Гэсэн хэдий ч бидний судалгааны объект маш их юмсонирхолтой програмууд:
- Одоо боловсролын байгууллагынхаа лабораторийн бараг бүх оюутан Лебедевийн туршилтыг давтах боломжтой. Гэвч дараа нь туршилтын өгөгдөл нь онолын тооцоотой давхцсан нь жинхэнэ нээлт болсон юм. Анх удаа 20%-ийн алдаатай хийсэн туршилт нь дэлхийн эрдэмтэд физикийн шинэ салбар болох квант оптикийг хөгжүүлэх боломжийг олгосон.
- Лазер импульсийн тусламжтайгаар нимгэн хальсыг хурдасгах замаар өндөр энергитэй протоныг үйлдвэрлэх (жишээлбэл, янз бүрийн бодисыг цацрагаар цацах).
- Дэлхийн ойролцоох объектууд, тэр дундаа хиймэл дагуул, сансрын станцуудын гадаргуу дээрх нарны цахилгаан соронзон цацрагийн даралтыг харгалзан үзэх нь тэдний тойрог замыг илүү нарийвчлалтай засах боломжийг олгож, эдгээр төхөөрөмжийг дэлхий рүү унахаас сэргийлнэ.
Дээрх программууд одоо бодит ертөнцөд байна. Гэхдээ хүн төрөлхтний технологи шаардлагатай хэмжээнд хараахан хүрээгүй байгаа тул хараахан хэрэгжээгүй боломжит боломжууд бас бий. Үүнд:
- Нарны далбаа. Түүний тусламжтайгаар дэлхийн ойролцоо, тэр ч байтугай нарны ойролцоох орон зайд нэлээд том ачааг зөөх боломжтой болно. Гэрэл нь бага зэргийн импульс өгдөг боловч дарвуулын гадаргуугийн зөв байрлалд хурдатгал тогтмол байх болно. Үрэлт байхгүй үед хурдаа олж, бараагаа нарны аймгийн хүссэн цэгт хүргэхэд л хангалттай.
- Фотоник хөдөлгүүр. Энэ технологи нь хүн өөрийн одны таталцлыг даван туулж, өөр ертөнц рүү нисэх боломжийг олгоно. Нарны далбаанаас ялгаатай нь зохиомлоор бүтээсэн төхөөрөмж, жишээлбэл термоядролын төхөөрөмж нарны импульс үүсгэдэг.хөдөлгүүр.
