Өнөөдөр бид гэрлийн фотонуудын даралтыг батлах Лебедевийн туршилтын тухай ярих болно. Бид энэ нээлтийн ач холбогдол болон түүнд хүргэсэн суурь шалтгааныг илчлэх болно.
Мэдлэг бол сониуч зан
Сониуч байдлын үзэгдлийн талаар хоёр үзэл бодол байдаг. Нэгийг нь "Сониуч зантай Варварагийн хамрыг зах дээр урж хаясан", нөгөөг нь "Сониуч зан муу биш" гэсэн үгээр илэрхийлдэг. Сонирхлыг нь хүлээн зөвшөөрөхгүй, эсвэл эсрэгээр нь шаардлагатай хэсгийг ялгаж салгавал энэ парадокс амархан шийдэгддэг.
Иоханнес Кеплер эрдэмтэн болохын тулд төрөөгүй: аав нь дайнд оролцож, ээж нь таверна ажиллуулдаг байжээ. Гэхдээ тэр ер бусын чадвартай байсан бөгөөд мэдээжийн хэрэг сониуч байсан. Үүнээс гадна Кеплер харааны хүнд хэлбэрийн бэрхшээлтэй байсан. Гэхдээ тэр л нээлтүүдийг хийсэн бөгөөд үүний ачаар шинжлэх ухаан, бүх дэлхий одоо байгаа газар юм. Иоганнес Кеплер Коперникийн гаригийн системийг тодруулснаараа алдартай ч өнөөдөр бид эрдэмтний бусад ололт амжилтын талаар ярих болно.
Инерци ба долгионы урт: Дундад зууны үеийн өв
Тавин мянган жилийн өмнө математик, физикийн хичээлүүд "Урлаг"-ын бүлэгт багтдаг байв. Тиймээс Коперник биетүүдийн хөдөлгөөний механик (түүний дотор селестиел), оптик, таталцлын чиглэлээр ажилладаг байв. Тэр бол инерц байдгийг нотолсон хүн юм. ДүгнэлтээсЭнэхүү эрдэмтэн орчин үеийн механик, биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн тухай ойлголт, холбоо барих объектуудын хурдыг солилцох шинжлэх ухааныг хөгжүүлсэн. Коперник мөн шугаман оптикийн эв нэгдэлтэй системийг боловсруулсан.
Тэрээр дараах ойлголтуудыг танилцуулсан:
- "гэрлийн хугарал";
- "хугарал";
- "оптик тэнхлэг";
- "нийт дотоод тусгал";
- "гэрэлтэлт".
Түүний судалгаа эцэст нь гэрлийн долгионы шинж чанарыг баталж, фотонуудын даралтыг хэмжих Лебедевийн туршилтад хүргэсэн.
Гэрлийн квант шинж чанар
Юуны өмнө гэрлийн мөн чанарыг тодорхойлж, юу болох талаар ярих нь зүйтэй. Фотон бол цахилгаан соронзон орны квант юм. Энэ нь бүхэлдээ сансар огторгуйд хөдөлдөг энергийн багц юм. Та фотоноос бага зэрэг энергийг "хазаж" чадахгүй, гэхдээ үүнийг өөрчлөх боломжтой. Жишээлбэл, хэрэв гэрлийг бодис шингээж авбал биеийн дотор энерги нь өөрчлөгдөж, өөр энергитэй фотоныг буцааж гаргах чадвартай байдаг. Гэхдээ албан ёсоор энэ нь шингэсэн гэрлийн квант биш байх болно.
Үүний нэг жишээ бол цул төмөр бөмбөг байж болно. Хэрэв материйн хэсэг гадаргуугаас нь урагдсан бол хэлбэр нь өөрчлөгдөж, бөмбөрцөг байхаа болино. Гэхдээ хэрэв та объектыг бүхэлд нь хайлуулж, шингэн металл авч, дараа нь үлдэгдлээс жижиг бөмбөг хийвэл энэ нь дахин бөмбөрцөг хэлбэртэй байх болно, гэхдээ өмнөхтэй адил биш.
Гэрлийн долгионы шинж чанар
Фотонууд долгионы шинж чанартай. Үндсэн параметрүүд нь:
- долгионы урт (сансрын онцлог);
- давтамж (шинжлэгдсэнцаг);
- далайц (хэлбэлзлийн хүчийг тодорхойлдог).
Гэхдээ цахилгаан соронзон орны квантын хувьд фотон нь мөн тархалтын чиглэлтэй байдаг (долгионы вектор гэж тэмдэглэсэн). Үүнээс гадна далайцын вектор нь долгионы векторыг тойрон эргэлдэж, долгионы туйлшралыг бий болгох чадвартай. Хэд хэдэн фотоныг нэгэн зэрэг ялгаруулахад фаз, эс тэгвээс фазын ялгаа нь чухал хүчин зүйл болдог. Фаз нь цаг хугацааны тодорхой агшинд (өсөлт, дээд тал, буурах эсвэл хамгийн бага) долгионы фронтод байдаг хэлбэлзлийн хэсэг гэдгийг санаарай.
Масс ба энерги
Эйнштейний ухаанаар нотолсон шиг масс бол энерги юм. Гэхдээ тодорхой тохиолдол бүрт нэг үнэ цэнэ нөгөөд шилжих хуулийг хайх нь хэцүү байж болно. Гэрлийн дээрх бүх долгионы шинж чанарууд нь энергитэй нягт холбоотой байдаг. Тухайлбал: долгионы уртыг нэмэгдүүлж, давтамжийг багасгах нь бага энерги гэсэн үг юм. Гэхдээ энерги байгаа тул фотон масстай байх ёстой, тиймээс гэрлийн даралт байх ёстой.
Туршлагын бүтэц
Гэхдээ фотонууд маш жижиг тул тэдгээрийн масс нь бас бага байх ёстой. Үүнийг хангалттай нарийвчлалтайгаар тодорхойлох төхөөрөмжийг бүтээх нь техникийн хэцүү ажил байв. Үүнийг хамгийн түрүүнд Оросын эрдэмтэн Лебедев Петр Николаевич даван туулсан.
Туршилт нь өөрөө мушгирах моментийг тодорхойлсон туухайн загварт үндэслэсэн. Мөнгөн утсан дээр хөндлөвч өлгөв. Түүний төгсгөлд янз бүрийн ижил нимгэн ялтсууд бэхлэгдсэн байвматериал. Лебедевийн туршилтанд ихэвчлэн металл (мөнгө, алт, никель) ашигладаг байсан ч гялтгануур бас байсан. Бүхэл бүтэн бүтцийг шилэн саванд хийж, вакуум үүсгэсэн. Үүний дараа нэг хавтан нь гэрэлтэж, нөгөө нь сүүдэрт үлджээ. Лебедевийн туршлагаас харахад нэг талыг гэрэлтүүлэх нь жинлүүр эргэлдэж эхэлдэг болохыг нотолсон. Эрдэмтэн хазайлтын өнцгийн дагуу гэрлийн хүчийг шүүсэн.
Бэрхшээлтэй тулгарсан
ХХ зууны эхээр хангалттай нарийвчлалтай туршилт хийхэд хэцүү байсан. Физикч бүр вакуум үүсгэх, шилтэй ажиллах, гадаргууг хэрхэн өнгөлөх талаар мэддэг байсан. Үнэн хэрэгтээ мэдлэгийг гараар олж авсан. Тухайн үед шаардлагатай тоног төхөөрөмжийг хэдэн зуун ширхэгээр үйлдвэрлэдэг томоохон корпорациуд байгаагүй. Лебедевийн төхөөрөмжийг гараар бүтээсэн тул эрдэмтэн олон бэрхшээлтэй тулгарсан.
Тэр үеийн вакуум дундаж ч биш байсан. Эрдэмтэн тусгай шахуургын тусламжтайгаар шилэн тагны доороос агаар гаргажээ. Гэхдээ туршилт хамгийн сайндаа л ховор уур амьсгалд явагдсан. Төхөөрөмжийн гэрэлтүүлэгтэй талыг халаахаас гэрлийн даралтыг (импульсийн дамжуулалт) салгахад хэцүү байсан: гол саад бол хий байгаа явдал байв. Хэрэв туршилтыг гүн вакуумд хийсэн бол гэрэлтсэн тал дахь броуны хөдөлгөөн илүү хүчтэй молекул байхгүй байх байсан.
Назлалтын өнцгийн мэдрэмж нь хүссэн зүйлээ орхисон. Орчин үеийн шураг хайгч нь радианы саяны нэг хүртэлх өнцгийг хэмжиж чаддаг. 19-р зууны эхэн үед масштабыг энгийн нүдээр харж болно. ТехникЦаг хугацаа нь ялтсуудын ижил жин, хэмжээг өгч чадахгүй байв. Энэ нь эргээд массыг жигд хуваарилах боломжгүй болгож эргүүлэх хүчийг тодорхойлоход бас хүндрэл учруулсан.
Утасны дулаалга, бүтэц нь үр дүнд ихээхэн нөлөөлдөг. Хэрэв металл хэсгийн нэг төгсгөл ямар нэг шалтгаанаар илүү халсан бол (үүнийг температурын градиент гэж нэрлэдэг) утас нь гэрлийн даралтгүйгээр мушгиж эхэлдэг. Лебедевийн төхөөрөмж нэлээд энгийн бөгөөд том алдаа гаргасан ч гэрлийн фотоноор импульс шилжүүлсэн нь батлагдсан.
Гэрүүлгийн хавтангийн хэлбэр
Өмнөх хэсэгт туршилтанд гарсан техникийн олон бэрхшээлийг жагсаасан боловч гол зүйл болох гэрэлд нөлөөлөөгүй. Цэвэр онолын хувьд бид бие биентэйгээ хатуу параллель байрладаг хавтан дээр монохромат туяа унадаг гэж төсөөлдөг. Гэвч 20-р зууны эхэн үед гэрлийн эх үүсвэр нь нар, лаа, энгийн улайсдаг чийдэн байв. Цацрагийн цацрагийг параллель болгохын тулд линзний нарийн төвөгтэй системийг барьсан. Мөн энэ тохиолдолд эх үүсвэрийн гэрлийн эрчмийн муруй нь хамгийн чухал хүчин зүйл болсон.
Физикийн хичээл дээр туяа нэг цэгээс гардаг гэж их ярьдаг. Гэхдээ жинхэнэ гэрлийн генераторууд тодорхой хэмжээстэй байдаг. Мөн судлын дунд хэсэг нь ирмэгээс илүү фотоныг ялгаруулж чаддаг. Үүний үр дүнд чийдэн нь эргэн тойрныхоо зарим хэсгийг бусдаас илүү сайн гэрэлтүүлдэг. Өгөгдсөн эх үүсвэрээс ижил гэрэлтүүлэгтэй орон зайг бүхэлд нь тойрсон шугамыг гэрлийн эрчмийн муруй гэнэ.
Цуст сар ба хагас хиртэлт
Цус сорогчийн зохиолууд цуст саран дээр хүмүүс болон байгальд тохиолддог аймшигт өөрчлөлтүүдээр дүүрэн байдаг. Гэхдээ энэ үзэгдлээс айх ёсгүй гэж хэлдэггүй. Учир нь энэ нь Нарны том хэмжээтэйн үр дүн юм. Манай төв одны диаметр нь дэлхийн ойролцоогоор 110 диаметртэй байдаг. Үүний зэрэгцээ харагдах дискний нэг болон нөгөө ирмэгээс ялгарах фотонууд гаригийн гадаргуу дээр хүрдэг. Ийнхүү сар дэлхийн хагас бүрхэвч рүү ороход бүрэн бүрхэгдээгүй ч яг л улаан болж хувирдаг. Энэ сүүдэрт манай гаригийн уур амьсгал бас буруутай: улбар шараас бусад бүх харагдах долгионы уртыг шингээдэг. Нар жаргах үед мөн улаан болж хувирдаг гэдгийг санаарай. Энэ нь яг агаар мандлын зузаан давхаргаар дамжин өнгөрдөг учраас л болно.
Дэлхийн озоны давхарга хэрхэн үүсдэг вэ?
Нягт нямбай уншигч: "Гэрлийн даралт Лебедевийн туршилттай ямар холбоотой вэ?" гэж асууж магадгүй. Дашрамд хэлэхэд, гэрлийн химийн нөлөө нь фотон импульс дамжуулдагтай холбоотой юм. Тодруулбал, энэ үзэгдэл нь манай гаригийн агаар мандлын зарим давхаргыг үүсгэдэг.
Таны мэдэж байгаагаар манай далайн далай нарны гэрлийн хэт ягаан туяаг шингээдэг. Түүгээр ч барахгүй дэлхийн чулуурхаг гадаргууг хэт ягаан туяанд угаасан бол мэдэгдэж буй хэлбэрээр амьдрал боломжгүй байх болно. Гэвч 100 орчим км-ийн өндөрт агаар мандал бүх зүйлийг шингээх хангалттай зузаан хараахан болоогүй байна. Мөн хэт ягаан туяа нь хүчилтөрөгчтэй шууд харьцах боломжийг олж авдаг. Энэ нь O2 молекулуудыг задалдагатомуудыг чөлөөлж, тэдгээрийн нэгдлийг өөр өөрчлөлт болгон дэмждэг - O3. Цэвэр хэлбэрээрээ энэ хий үхлийн аюултай. Тийм ч учраас агаар, ус, хувцасыг ариутгахад ашигладаг. Гэхдээ дэлхийн агаар мандлын нэг хэсэг болохын хувьд озоны давхарга нь үзэгдэх спектрээс дээгүүр энерги бүхий цахилгаан соронзон орны квантуудыг маш үр дүнтэй шингээдэг тул бүх амьд биетийг хортой цацрагийн нөлөөнөөс хамгаалдаг.
