Formule voor fotonenenergie. Fotonenenergie en het gebruik ervan

Foton is een elementair deeltje, een kwantum van elektromagnetische straling.

Fotonenenergie: ε = hv, waarbij h = 6,626 · 10 -34 J s – constante van Planck.

Fotonmassa: m = h·v/c 2 . Deze formule wordt verkregen uit de formules

ε = hv en ε = m·c 2. De massa, gedefinieerd door de formule m = h·v/c 2, is de massa van het bewegende foton. Het foton heeft geen rustmassa (m 0 = 0), omdat het in rusttoestand niet kan bestaan.

Fotonenmomentum: Alle fotonen bewegen met een snelheid c = 3,10 8 m/s. Uiteraard is het fotonmomentum P = m c, wat dat betekent

P = h·v/c = h/λ.

4. Extern foto-elektrisch effect. Stroom-spanningskarakteristieken van het foto-elektrisch effect. Stoletovs wetten. Einsteins vergelijking

Het externe foto-elektrische effect is het fenomeen van de emissie van elektronen door een stof onder invloed van licht.

De afhankelijkheid van de stroom van de spanning in het circuit wordt de stroom-spanningskarakteristiek van de fotocel genoemd.

1) Het aantal foto-elektronen N’e dat per tijdseenheid door de kathode wordt uitgestoten, is evenredig met de intensiteit van het licht dat op de kathode valt (de wet van Stoletov). Of anders gezegd: de verzadigingsstroom is evenredig met de kracht van de straling die op de kathode valt: Ń f = P/ε f.

2) De maximale snelheid Vmax die een elektron heeft bij de uitgang van de kathode hangt alleen af ​​van de frequentie van het licht ν en niet van de intensiteit ervan.

3) Voor elke stof is er een grensfrequentie van licht ν 0, waaronder het foto-elektrisch effect niet wordt waargenomen: v 0 = A uit /h. Einsteins vergelijking: ε = A uit + mv 2 max /2, waarbij ε = hv de energie is van het geabsorbeerde foton, A uit de werkfunctie is van het elektron dat de substantie verlaat, mv 2 max /2 de maximale kinetische energie is van het uitgezonden elektron.

De vergelijking van Einstein is in feite een van de manieren waarop de wet van behoud van energie wordt geschreven. De stroom in de fotocel stopt als alle uitgezonden foto-elektronen worden afgeremd voordat ze de anode bereiken. Om dit te doen, is het noodzakelijk om een ​​omgekeerde (houd)spanning u aan te leggen op de fotocel, waarvan de waarde ook wordt gevonden uit de wet van behoud van energie:

|e|u з = mv 2 max /2.

5. Lichte druk

Lichtdruk is de druk die wordt uitgeoefend door licht dat op het oppervlak van een lichaam valt.

Als we licht beschouwen als een stroom fotonen, dan moeten deeltjes, volgens de principes van de klassieke mechanica, bij botsing met een lichaam momentum overbrengen, met andere woorden, druk uitoefenen. Deze druk wordt soms stralingsdruk genoemd. Om de lichtdruk te berekenen, kunt u de volgende formule gebruiken:

P = W/k (1+ P), waarbij W de hoeveelheid stralingsenergie is die normaal in 1 s op 1 m2 oppervlak valt; c is de snelheid van het licht, P- reflectiecoëfficiënt.

Als het licht onder een hoek met de normaal valt, kan de druk worden uitgedrukt met de formule:

6. Compton-effect en de verklaring ervan

Het Compton-effect (Compton-effect) is het fenomeen waarbij de golflengte van elektromagnetische straling verandert als gevolg van de verstrooiing door elektronen.

Voor verstrooiing door een stationair elektron is de frequentie van het verstrooide foton:

waar is de verstrooiingshoek (de hoek tussen de richtingen van fotonvoortplanting vóór en na verstrooiing).

Compton-golflengte is een lengtedimensieparameter die kenmerkend is voor relativistische kwantumprocessen.

λ С = h/m 0 e c = 2,4∙10 -12 m – Comptongolflengte van het elektron.

Het Compton-effect kan niet worden verklaard binnen het raamwerk van de klassieke elektrodynamica. Vanuit het oogpunt van de klassieke natuurkunde is een elektromagnetische golf een continu object en zou, als resultaat van verstrooiing door vrije elektronen, zijn golflengte niet moeten veranderen. Het Compton-effect is een direct bewijs van de kwantisering van een elektromagnetische golf; met andere woorden: het bevestigt het bestaan ​​van een foton. Het Compton-effect is een ander bewijs van de geldigheid van de golf-deeltjesdualiteit van microdeeltjes.

Mijn onlangs gepubliceerde concept van een quasi-stationair heelal veroorzaakte een hele storm van Mexicaanse passies op deze site, die tot op de dag van vandaag niet is geluwd.

Eén van de factoren voor de verwerping van dit concept was het probleem van het bestaan ​​van een rustmassa voor een foton. Ik denk niet dat ik iedereen heb kunnen overtuigen van de geldigheid van mijn mening dat het foton een rustmassa heeft, dus besloot ik de discussie voort te zetten, maar op een iets ander niveau van begrip.

Waarom heeft een foton in rust geen massa (en bestaat het helemaal niet)? Hiervoor zijn verschillende verklaringen. Eerst - deze conclusie volgt uit de formules. Ten tweede - omdat licht heeft een tweeledig karakter(is zowel een golf als een stroom deeltjes), dan Het is duidelijk dat het concept van massa volkomen niet van toepassing is op straling. De derde is logisch: stel je een snel roterend wiel voor. Als je er doorheen kijkt, zie je in plaats van spaken een soort mist, waas. Maar zodra je de rotatiesnelheid begint te verlagen, verdwijnt de waas geleidelijk, en na een volledige stop blijven alleen de spaken over. IN in dit voorbeeld De waas is een deeltje dat een foton wordt genoemd. Het kan alleen in beweging worden waargenomen, en met een strikt gedefinieerde snelheid. Als de snelheid onder de 300.000 km/s daalt, verdwijnt het foton.

http://fb.ru/article/51422/kakova-massa-foton a

“Deze conclusie volgt uit de formules” is een zeer zwak argument, al was het maar om de simpele reden dat geen enkele fysieke formule absoluut accuraat kan zijn. Bij het afleiden ervan wordt heel vaak gebruik gemaakt van het principe van het verwaarlozen van oneindig kleine hoeveelheden, wat betekent dat er altijd een maas in de wet is voor fouten. Omdat de fotonrustmassa die ik heb berekend extreem klein is (1,07721 · 10 -68 kg), kan worden verwacht dat het gelijkstellen van zo'n kleine waarde aan nul een gevolg was van het verwaarlozen van een oneindig kleine term in een lange reeks formules.

Vervolgens vallen de duidelijke tegenstrijdigheden op. Volgens de logica van de auteurs van het artikel kan een foton geen rustmassa hebben die niet nul is, omdat het golfeigenschappen heeft. Maar iedereen die kwantumfysica heeft gestudeerd of op zijn minst bekend is met de vergelijkingen van Schrödinger en de Broglie weet: niet alleen het foton, maar zonder uitzondering ook alle elementaire deeltjes, hebben golfeigenschappen. Dit betekent dat, als we deze logica gebruiken, noch een proton, noch een elektron een rustmassa kan hebben. We weten echter allemaal dat dit niet waar is. Daarom is de toepassing van dit soort inside-out-logica absoluut onwettig.

Door het foton voor te stellen als een soort ‘waas’ die wordt waargenomen wanneer een wiel met spaken draait, lijken de auteurs van het artikel elk begrip van de essentie van het probleem volledig te hebben verloren. Oké, laten we eens kijken naar de analogie tussen de “waas” en het foton. Maar we lezen verder: “zodra je de rotatiesnelheid begint te verlagen, verdwijnt de waas geleidelijk en na een volledige stop blijven alleen de spaken over.” In deze analogie is het verminderen van de rotatiesnelheid van het wiel gelijk aan het verminderen van de snelheid van het foton. En de stop, waarna ‘alleen de spaken overblijven’, is een volledige analogie van de rusttoestand van het foton. Dat wil zeggen, terwijl ze op deze manier bewezen dat het foton geen rustmassa heeft, merkten de auteurs van het artikel niet eens hoe ze het tegenovergestelde bewezen: dat de rustmassa van het foton bestaat!

De ‘waas’ symboliseert de golfeigenschappen van het foton, die geleidelijk verdwijnen naarmate de snelheid afneemt. Wat symboliseren de spaken van een stilstaand wiel? Een foton in rust dat geen golfeigenschappen heeft. En deze kijk op het probleem is absoluut legitiem. Immers, binnen kwantumfysica Alleen bewegende deeltjes hebben golfeigenschappen. Een stationair elektron of proton gedraagt ​​zich uitsluitend als deeltje en vertoont geen golfeigenschappen.

En de laatste blunder in het geciteerde artikel: “Als de snelheid onder de 300.000 km/s daalt, verdwijnt het foton.” Waar verdwijnt het naar toe? Dit is een directe schending van de wet van behoud van energie. Dit betekent dat de auteurs van het artikel ongelijk hebben in hun redenering.

En hier zijn nog twee artikelen die rechtstreeks stellen dat het foton geen rustmassa heeft.

Bij het gebruik van afhankelijkheden (8.4) en (8.5) wordt doorgaans niet benadrukt dat de fotonmassa die in deze afhankelijkheden verschijnt de bewegingsmassa is. en het foton heeft geen rustmassa. In dit verband worden meningen geuit dat de massa van een foton dezelfde massa is (en zelfs een maatstaf voor materie) als die van materiedeeltjes. Dit wordt mogelijk gemaakt door het onjuiste idee van het foton als een stabiel deeltje. In werkelijkheid is het foton geen stabiel deeltje en heeft het geen rustmassa.

http://rewolet.ru/book_79_chapter_67_%C2%A7_8.3._O_prirode_m ...

Het foton is een ijkboson. Het heeft geen rustmassa en geen elektrische lading en is stabiel.

De rustmassa van een foton wordt op basis van experimenten en theoretische rechtvaardigingen als gelijk aan nul beschouwd

Omdat het foton een massaloos deeltje is, beweegt het in een vacuüm met snelheid c (de snelheid van het licht in vacuüm)

http://traditio-ru.org/wiki/Photon

Na het lezen van bovenstaande citaten rijst meteen de vraag: is het foton stabiel of niet? In de deeltjesfysica betekent de "instabiliteit" van een deeltje dat het deeltje de eigenschap heeft uiteen te vallen in twee of meer elementaire deeltjes. Een vrij neutron leeft bijvoorbeeld 14-15 minuten, spontaan (zonder externe redenen) en vervalt vervolgens in drie deeltjes: een proton, een elektron en een elektron-antineutrino.

Moeilijke vraag: Na welke tijd en in welke deeltjes vervalt een foton? Zoek geen antwoorden in naslagwerken of op internet, u verspilt alleen maar uw tijd. Het foton is stabiel. Dit betekent dat het tweede artikel na het eerste veilig kan worden verzonden.

Welnu, uit het hier geciteerde derde artikel wordt duidelijk dat het probleem van de fotonrustmassa nog lang niet is opgelost. "De restmassa van het foton overwegen gelijk aan nul, gebaseerd op experiment en theoretische rechtvaardiging." Vraag: is het gemakkelijk om tijdens een experiment een massa gelijk aan 1,07721 · 10 -68 kg te detecteren? Om de omvang van de problemen die zich hier voordoen te begrijpen, is het de moeite waard om aan een ander probleem te denken. Ongeveer een halve eeuw geleden, op basis van experimenten en theoretische rechtvaardigingen, geloofde de wetenschappelijke wereld dat de rustmassa van het neutrino gelijk was aan nul, de eerste twijfels ontstonden hierover, en ergens aan de beurt van de eeuw bleken gegevens dat het neutrino nog steeds een rustenergie heeft in de orde van enkele elektron-volt, wat overeenkomt met een massa in de orde van 10 -36 kg (≈ 10.000 keer minder dan de massa van een elektron). En tot nu toe hebben onderzoekers geen eenduidig ​​antwoord kunnen krijgen op de vraag of de neutrinomassa werkelijk zo groot is, of dat deze nog steeds nul is. Zoals je kunt zien, is het niet zo eenvoudig om een ​​massa van 10 -36 te onderscheiden kg van nul. Natuurlijk wordt een van de problemen hier veroorzaakt door het feit dat het neutrino extreem zwak interageert met materie. De geschatte rustmassa is echter eenvoudigweg kolossaal in vergelijking met de rustmassa van het foton dat ik heb berekend. De verhouding bedraagt ​​10 32:1. Dat wil zeggen, een neutrino is ongeveer evenveel massiever als een foton als de zon (waarvan de massa 2,10 30 kg is) massiever is dan een gewicht van 10 gram op apotheekschaal. Dus vertel me eens: als het bestaan ​​van een kolossale rustmassa van een neutrino nog niet experimenteel is bewezen of weerlegd, is het dan mogelijk om van onderzoekers een antwoord te eisen op de vraag naar het bestaan ​​van een kleine rustmassa van een foton? Natuurlijk niet.

Daarom zijn er geen feitelijke gronden categorisch beweren dat de rustmassa nul is.

Welnu, de laatste uitspraak “Aangezien het foton een massaloos deeltje is, beweegt het in een vacuüm met snelheid c (de snelheid van het licht in vacuüm)” is slechts een logische omkering van de eveneens onbewezen uitspraak “Een foton beweegt altijd met de snelheid van licht, omdat de rustmassa nul is.

Wat is naar mijn mening de reden voor het stabiele geloof in de nul-rustmassa van het foton? Het is makkelijk. De ‘snelheid van het licht’ wordt a priori geïdentificeerd met de ‘snelheid van een foton’. Maar in feite moet het anders worden begrepen: de lichtsnelheid is de voortplantingssnelheid van een elektromagnetische golf die wordt gegenereerd door een bewegend foton. In dit geval hoeft de bewegingssnelheid van het foton zelf niet noodzakelijk samen te vallen met de snelheid van de golf. De Broglie-golven die door andere bewegende deeltjes worden gegenereerd, planten zich immers voort met snelheden die verschillen van de snelheden van de deeltjes zelf.

Foton - kwantum elektromagnetisch veld, een elementair deeltje met een rustmassa van nul en een spin gelijk aan eenheid. Het foton is het meest voorkomende van alle elementaire deeltjes. Het wordt aangetroffen in stromen zichtbaar licht, in röntgenstraling, in de vorm van radiogolven en in laserpulsen. In 1964 ontdekten de Amerikaanse radioastronomen A. Penzias en R. Wilson dat de ruimte op aarde gevuld is met millimeterradiogolven, die kunnen worden beschouwd als koud fotongas bij een temperatuur van 2,7 K. Volgens moderne concepten is deze straling (het is relictstraling genoemd) ontstond in de vroege stadia van de ontwikkeling van het heelal, toen de materie een enorme temperatuur en druk had (zie Kosmologie). Gemiddelde dichtheid relikwiefotonen zijn ongeveer 500 per . Dit aantal kan worden vergeleken met de overvloed aan protonen waaruit de wereld om ons heen is opgebouwd: in het heelal is er gemiddeld niet meer dan één proton per . In het heelal komen fotonen dus een miljard keer vaker voor dan protonen.

Het historische lot van het foton is ongebruikelijk; misschien is dit het enige elementaire deeltje waarvoor het onmogelijk is om de auteur van zijn experimentele ontdekking aan te wijzen. Het foton werd theoretisch ontdekt door M. Planck, die op 14 december 1900 tijdens een bijeenkomst van de Berlin Physical Society zijn hypothese uitdrukte over de kwantisering van stralingsenergie. Vanaf dat moment begon het kwantumtijdperk in de natuurkunde.

Bij het ontwikkelen van het idee van Planck suggereerde A. Einstein in 1905 dat licht niet alleen in afzonderlijke delen wordt uitgezonden en geabsorbeerd, maar ook uit deze delen bestaat. Dit was een gedurfde en ongebruikelijke generalisatie. We drinken water bijvoorbeeld altijd in porties, slokjes, maar daaruit volgt niet dat water uit individuele slokjes bestaat. Volgens de theorie van Einstein begon een elektromagnetische golf op een stroom kwanta te lijken.

De hypothese van Planck maakte het mogelijk de wetten van het foto-elektrische effect, de luminescentie en een aantal andere verschijnselen te verklaren. De corpusculaire eigenschappen van elektromagnetische straling kwamen het duidelijkst tot uiting in de experimenten van A. Compton over de verstrooiing van röntgenstralen door vrije elektronen (1922). Het Compton-effect bevestigde in de jaren twintig de juistheid van de kwantumconcepten van elektromagnetische straling en natuurkunde. eindelijk kwam er een nieuw elementair deeltje binnen, het foton genaamd (van het Griekse woord dat ‘licht’ betekent).

Een foton heeft, net als elk ander kwantumdeeltje, tegelijkertijd zowel golf- als corpusculaire eigenschappen, dus in het dispuut dat zich bijna twee eeuwen voortsleepte tussen aanhangers van de golf- en corpusculaire theorieën over licht, bleek iedereen gelijk te hebben in zijn of haar mening. eigen weg. IN het gewone leven de corpusculaire eigenschappen van licht verschijnen niet, omdat we niet met individuele fotonen te maken hebben, maar met een groot aantal tegelijk, waargenomen als een lichtgolf. Het is bekend dat een elektromagnetische golf wordt gekenmerkt door een cirkelvormige frequentie o), intensiteit en voortplantingssnelheid c, die de fundamentele betekenis heeft van de beperkende voortplantingssnelheid van interacties ( moderne betekenis). De fotonen die overeenkomen met de golf hebben energie en momentum (de moderne waarde van de constante J s van Planck). De maximale straling van de zon valt bijvoorbeeld op licht met een golflengte van K cm, wat overeenkomt met een cirkelvormige frequentie van Hz. De energie van dergelijke fotonen is de J. Solar-constante, dat wil zeggen de energie die per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid invalt aardoppervlak, is gelijk aan , waaruit we kunnen berekenen dat in 1 s valt enorm aantal fotonen, ca. Tegelijkertijd registreren detectoren bij experimenten met elementaire deeltjes fotonen één voor één, en zelfs het menselijk oog is hier in principe toe in staat.

Het aantal fotonen is niet constant; ze kunnen worden gecreëerd en vernietigd in interactieprocessen, bijvoorbeeld tijdens het vernietigingsproces (zie Antimaterie, - symbolen van elektron en positron, - symbool van foton, gamma-kwantum). Zowel hier als in het Compton-effect fungeren fotonen als echte waarneembare deeltjes. Bovendien kunnen fotonen bestaan ​​in een niet-waarneembare, virtuele toestand, waarbij elektromagnetische interacties plaatsvinden.

De eigenschappen van het foton als elementair deeltje zijn geworteld in de klassieke elektrodynamica. Het foton is elektrisch neutraal, de lading is nul. (Anders zouden twee elektromagnetische golven met elkaar kunnen interageren, en zou het veld van de twee ladingen niet langer de som zijn van de velden van elk van hen afzonderlijk.) Het foton heeft ook geen andere ladingen: er wordt gezegd dat het echt neutraal is. en identiek aan zijn antideeltje (zie Antimaterie). De ladingspariteit van een foton is -1, wat volgt uit het voor de hand liggende feit dat de richtingen van de elektrische en magnetische velden in de tegenovergestelde richting veranderen wanneer de tekens van alle ladingen van welk systeem dan ook veranderen. Het behoud van ladingspariteit bij elektromagnetische interacties, geassocieerd met de symmetrie tussen elektronen en hun antideeltjes - positronen, leidt tot bepaalde beperkingen van reacties. Sommige systemen van deeltjes kunnen bijvoorbeeld alleen maar vervallen tot even getal fotonen en andere - alleen voor oneven (zie Antimaterie).

Vooral de processen van interactie van fotonen met elektronen en positronen zijn goed bestudeerd - dit is de zogenaamde kwantumelektrodynamica, waarvan de voorspellingen met grote nauwkeurigheid in experimenten zijn getest.

De rustmassa van het foton is nul. Dit betekent dat het foton niet kan worden gestopt of vertraagd. Ongeacht zijn energie is het gedoemd om met een fundamentele snelheid c te bewegen. Als we aannemen dat het foton een kleine, maar nog steeds eindige massa heeft, kunnen we de waargenomen effecten bestuderen die optreden. Net als bij gewone deeltjes zou de snelheid van fotonen dan afhangen van hun energie (dat wil zeggen van de golflengte van de straling) en altijd kleiner zijn dan c. Verspreidingseffect elektromagnetische golven in een vacuüm zouden in principe kunnen worden gedetecteerd door de straling van pulsars. Figuurlijk gesproken zullen blauwe stralen de waarnemer eerder bereiken dan de rode. Gezien de enorme afstanden die ons van pulsars scheiden, zouden de aankomsttijden aanzienlijk moeten verschillen, zelfs met kleine verschillen in de snelheden van verschillende bundels.

De aanwezigheid van een eindige rustmassa in een foton zou leiden tot het verschijnen van een eindig actiegebied van elektromagnetische krachten. Als een lading een virtueel foton uitzendt, ontstaat er onzekerheid in de energie, en volgens de onzekerheidsrelatie kan zo'n foton slechts een bepaalde tijd bestaan. Gedurende deze tijd zal het een afstand afleggen die niet groter is dan , waarna het door een andere lading moet worden geabsorbeerd.

Mensen zijn er al lang aan gewend dat een van de kenmerken van elke materie massa is. Het is niet alleen inherent aan zulke grote objecten als planeten en sterren, maar ook aan hun analogen uit de onzichtbare microwereld: protonen en elektronen. Sir heeft ooit op briljante wijze de relatie tussen de massa’s die een lichaam heeft, bewezen. Binnen het raamwerk van zijn theorie worden berekeningen van de hemelmechanica nog steeds met succes uitgevoerd. Enige tijd na het ontstaan ​​van de theorie van Newton ontstond de behoefte aan belangrijke wijzigingen ervan, aangezien sommige verschijnselen onverklaarbaar bleven. A. Einstein loste dit probleem op door zijn ‘speciale theorie’ te formuleren. Tegelijkertijd verscheen de beroemde formule E=m*(c*c), die de relatie aangeeft tussen energie, massa en. Door de formule toe te passen op deeltjes werd al snel duidelijk dat de massa van het foton nul is. Op het eerste gezicht is dit in tegenspraak met het gezond verstand, maar zo is het precies. De massa van een foton bij nulsnelheid van zijn beweging is nul. Maar wanneer een deeltje een snelheid van 300.000 km/s overschrijdt, krijgt het zijn gebruikelijke massa. Echter, binnen De laatste tijd Er wordt aangenomen dat de massa van het foton nog steeds nul is. En de waarde die volgt uit de formule H*v = m*(c*c) is Dus waar is de fotonenmassa eigenlijk gelijk aan? Er is echt een formule. Alleen is het complexer en wordt de berekening uitgevoerd via de waarde van het momentum van een bepaald deeltje.

Omdat de energie E voor een foton gelijk is aan H*v, kan de massa worden bepaald met de formule:

m = (H*v) / (c*c)

Maar aangezien het foton in feite licht is, kan het in principe niet bestaan ​​bij snelheden lager dan “s” (300.000 km/s), dus de hierboven gevonden massa is alleen correct voor de bewegingstoestand.

De impuls kan worden gevonden via

p=(m*v) / sqrt (1- (v*v) / (c*c))

De aanwezigheid van momentum duidt op energie. Als u op een zomerdag uw hand onder de zonnestralen legt, voelt u duidelijk de warmte. Dit fenomeen kan worden verklaard door de overdracht van energie door een deeltje met een bepaalde massa dat meebeweegt hoge snelheid. Dit is precies wat wordt waargenomen met betrekking tot licht. Daarom zijn de massa en het momentum van een foton zo belangrijk, hoewel het in dit geval niet altijd mogelijk is om met bekende concepten te werken.

Op talloze internetfora worden debatten gevoerd over de aard van licht en hoe berekeningen moeten worden uitgevoerd. Het is duidelijk dat de vraag wat de massa van een foton is, nog niet als afgerond kan worden beschouwd. Nieuwe modellen maken het mogelijk om waargenomen processen op een heel andere manier te verklaren. In de wetenschap gebeurt dit altijd: zo werd de theorie van Newton aanvankelijk als compleet en logisch beschouwd, maar al snel werd duidelijk dat er een aantal wijzigingen nodig waren. Desondanks belet niets mensen om gebruik te maken van de bekende eigenschappen die mensen met behulp van instrumenten in het donker hebben leren zien; supermarktdeuren gaan automatisch open voor bezoekers; optische netwerken hebben het mogelijk gemaakt om voorheen ongekende digitale datatransmissiesnelheden te bereiken; A speciale apparaten maakte het mogelijk om zonlicht om te zetten in elektriciteit.

Waarom heeft een foton in rust geen massa (en bestaat het helemaal niet)? Hiervoor zijn verschillende verklaringen. Ten eerste volgt deze conclusie uit de formules. Ten tweede, omdat licht een tweeledig karakter heeft (het is zowel een golf als een stroom deeltjes), is het concept van massa uiteraard volkomen niet van toepassing op straling. De derde is logisch: stel je een snel roterend wiel voor. Als je er doorheen kijkt, zie je in plaats van spaken een soort mist, waas. Maar zodra je de rotatiesnelheid begint te verlagen, verdwijnt de waas geleidelijk en na een volledige stop blijven alleen de spaken over. In dit voorbeeld is de waas een deeltje dat een "foton" wordt genoemd. Het kan alleen in beweging worden waargenomen, en met een strikt gedefinieerde snelheid. Als de snelheid onder de 300.000 km/s daalt, verdwijnt het foton.

Licht en warmte, smaak en geur, kleur en informatie: dit alles is onlosmakelijk verbonden met fotonen. Bovendien is het leven van planten, dieren en mensen onmogelijk zonder dit verbazingwekkende deeltje.

Er wordt aangenomen dat er voor elk proton of neutron ongeveer 20 miljard fotonen in het heelal zijn. Dit is een fantastisch groot aantal.

Maar wat weten we over dit meest voorkomende deeltje in de wereld om ons heen?

Sommige wetenschappers geloven dat de snelheid van een foton gelijk is aan de snelheid van het licht in een vacuüm, d.w.z. ongeveer 300.000 km/sec en dit is de maximaal mogelijke snelheid in het heelal.

Andere wetenschappers zijn van mening dat er in het heelal genoeg voorbeelden zijn waarin de snelheid van deeltjes groter is dan de snelheid van het licht.

Sommige wetenschappers geloven dat het foton elektrisch neutraal is.

Anderen geloven dat het foton een elektrische lading heeft (volgens sommige bronnen minder dan 10 -22 eV/sec 2).

Sommige wetenschappers geloven dat een foton een massaloos deeltje is en dat de massa van een foton in rust naar hun mening nul is.

Anderen geloven dat het foton massa heeft. Toegegeven, heel, heel klein. Een aantal onderzoekers hangt dit standpunt aan en definieert de fotonmassa op verschillende manieren: minder dan 6 x 10 -16 eV, 7 x 10 -17 eV, 1 x 10 -22 eV en zelfs 3 x 10 -27 eV, dat is miljarden keren minder elektronenmassa.

Sommige wetenschappers geloven dat een foton, in overeenstemming met de wetten van reflectie en breking van licht, een deeltje is, d.w.z. lichaampje. (Euclides, Lucretius, Ptolemaeus, I. Newton, P. Gassendi)

Anderen (R. Descartes, R. Hooke, H. Huygens, T. Jung en O. Fresnel), vertrouwend op de verschijnselen van diffractie en interferentie van licht, geloven dat het foton een golfkarakter heeft.

Wanneer uitgestoten of geabsorbeerd atoomkernen en elektronen, evenals tijdens het foto-elektrische effect gedraagt ​​het foton zich als een deeltje.

En wanneer een foton door een glazen prisma of een klein gaatje in een obstakel gaat, demonstreert het zijn heldere golfeigenschappen.

De compromisoplossing van de Franse wetenschapper Louis de Broglie, die gebaseerd is op het golf-deeltjes dualisme, dat stelt dat fotonen zowel deeltjes- als golfeigenschappen hebben, is niet het antwoord op deze vraag. De dualiteit van golven en deeltjes is slechts tijdelijk overeenkomst, gebaseerd op de absolute onmacht van wetenschappers om deze uiterst belangrijke vraag te beantwoorden.

Uiteraard kalmeerde deze overeenkomst de situatie enigszins, maar loste het probleem niet op.

Op basis hiervan kunnen we formuleren eerste vraag geassocieerd met een foton

Vraag één.

Zijn fotonen golven of deeltjes? Of misschien allebei, of geen van beide?

Verder. In de moderne natuurkunde is een foton een elementair deeltje dat een kwantum (deel) van elektromagnetische straling vertegenwoordigt. Licht is ook elektromagnetische straling en het foton wordt beschouwd als een drager van licht. Dit is behoorlijk stevig verankerd in ons bewustzijn en het foton wordt in de eerste plaats geassocieerd met licht.

Naast licht bestaan ​​er echter nog andere vormen van elektromagnetische straling: gammastraling, röntgenstraling, ultraviolette straling, zichtbare straling, infraroodstraling, microgolfstraling en radiostraling. Ze verschillen van elkaar in golflengte, frequentie, energie en hebben hun eigen kenmerken.

Soorten straling en hun korte kenmerken

De drager van alle soorten elektromagnetische straling is het foton. Volgens wetenschappers is het voor iedereen hetzelfde. Tegelijkertijd wordt elk type straling gekenmerkt door een andere golflengte, trillingsfrequentie en verschillende fotonenergieën. Dus verschillende fotonen? Het lijkt erop dat het aantal verschillende soorten elektromagnetische golven moet overeenkomen met een gelijk aantal verschillende soorten fotonen. Maar er is nog steeds maar één foton in de moderne natuurkunde.

Het blijkt een wetenschappelijke paradox: de straling is verschillend, hun eigenschappen zijn ook verschillend, maar het foton dat deze straling draagt ​​is hetzelfde.

Gammastraling en röntgenstraling overwinnen bijvoorbeeld barrières, maar ultraviolette en infrarode straling en zichtbaar licht, met een langere golflengte maar lagere energie, doen dat niet. Tegelijkertijd hebben microgolf- en radiogolfstraling een nog langere golflengte en nog minder energie, maar overwinnen ze de waterkolom en betonnen muren. Waarom?

Doordringend vermogen van fotonen onder verschillende stralingen

Er rijzen hier twee vragen.

Vraag twee.

Zijn alle fotonen werkelijk hetzelfde in alle soorten straling?

Vraag drie.

Waarom overwinnen fotonen van sommige soorten straling barrières, maar die van andere soorten straling niet? Wat is er aan de hand: straling of fotonen?

Er wordt aangenomen dat een foton het kleinste structuurloze deeltje in het heelal is. De wetenschap heeft nog niets kunnen identificeren dat kleiner is dan een foton. Maar is dat zo? Ooit werd het atoom immers als ondeelbaar beschouwd en als het kleinste ter wereld om ons heen. Daarom is de vierde vraag logisch:

Vraag vier.

Is een foton een klein en structuurloos deeltje of bestaat het uit nog kleinere formaties?

Bovendien wordt aangenomen dat de rustmassa van een foton nul is en dat het tijdens beweging zowel massa als energie vertoont. Maar dan is er

vraag vijf:

Is een foton een materieel deeltje of niet? Als een foton materieel is, waar verdwijnt zijn massa dan in rust? Als het niet materieel is, waarom worden dan de volledig materiële interacties met de wereld om ons heen vastgelegd?

Hier zijn dus vijf raadselachtige vragen over het foton. En vandaag hebben ze geen duidelijke antwoorden. Elk van hen heeft zijn eigen problemen. Problemen die we vandaag zullen proberen te overwegen.

Tijdens onze reizen “Adem van het Universum”, “Diepten van het Universum” en “Kracht van het Universum”, door het prisma van de structuur en het functioneren van het Universum, hebben we al deze kwesties behoorlijk diepgaand overwogen. We hebben het hele pad van fotonvorming gevolgd, vanaf het ontstaan ​​van fundamentele deeltjes – etherische vortexklonters tot sterrenstelsels en hun clusters. Ik durf te hopen dat we een redelijk logisch en systematisch georganiseerd beeld van de wereld hebben. Daarom werd de aanname over de structuur van het foton een logische stap in het kennissysteem over ons universum.

Fotonen structuur

Het foton verscheen niet voor ons als deeltje of als golf, maar als een roterende kegelvormige veer, met een uitzettend begin en een taps toelopend uiteinde.

Het veerontwerp van het foton stelt ons in staat bijna alle vragen te beantwoorden die zich voordoen bij het bestuderen van natuurlijke verschijnselen en experimentele resultaten.

We hebben al vermeld dat fotonen dragers zijn van verschillende soorten elektromagnetische straling. Tegelijkertijd, ondanks het feit dat de wetenschap het weet verschillende soorten elektromagnetische straling: gammastraling, röntgenstraling, ultraviolet, zichtbaar, infrarood, microgolfstraling en radiostraling, dragerfotonen die bij deze processen betrokken zijn, hebben geen eigen variëteiten. Dat wil zeggen dat volgens sommige wetenschappers elk type straling wordt overgedragen door een bepaald universeel type fotonen, dat zich even succesvol manifesteert in de processen van gammastraling, en in de processen van radio-emissie, en in alle andere soorten straling.

Ik kan het niet eens zijn met dit standpunt, omdat natuurlijk fenomeen geven aan dat alle bekende elektromagnetische straling aanzienlijk van elkaar verschilt, niet alleen in parameters (golflengte, frequentie, energiemogelijkheden), maar ook in hun eigenschappen. Gammastraling dringt bijvoorbeeld gemakkelijk door obstakels heen, en zichtbare straling wordt net zo gemakkelijk tegengehouden door deze barrières.

Bijgevolg kunnen fotonen in het ene geval straling door barrières heen transporteren, en in het andere geval dezelfde fotonen zijn al machteloos om iets te overwinnen. Dit feit doet ons afvragen of fotonen werkelijk zo universeel zijn of dat ze hun eigen variëteiten hebben, consistent met de eigenschappen van verschillende electromagnetische straling in het universum.

Volgens mij wel correct, bepaal elk type straling zijn eigen variëteit fotonen. Helaas is deze gradatie nog steeds in opkomst moderne wetenschap niet beschikbaar. Maar dit is niet alleen eenvoudig, maar ook uiterst noodzakelijk om op te lossen. En dit is heel begrijpelijk, omdat straling en de parameters ervan veranderen, en fotonen moderne interpretatie worden weergegeven door slechts één algemeen concept: "foton". Hoewel moet worden toegegeven dat met veranderingen in de stralingsparameters in de referentieliteratuur ook de parameters van fotonen veranderen.

De situatie is vergelijkbaar met de aanvraag algemeen concept"auto" voor al zijn merken. Maar deze merken zijn anders. We kunnen een Lada, Mercedes, Volvo of Toyota kopen. Ze passen allemaal in het concept van ‘auto’, maar ze zijn allemaal verschillend, zowel qua uiterlijk als qua uiterlijk technische specificaties, en tegen kostprijs.

Daarom zou het logisch zijn als we gammastralingsfotonen voorstellen, röntgenfotonen als dragers van gammastraling, ultraviolette straling- fotonen van ultraviolette straling, enz. Al deze soorten fotonen zullen van elkaar verschillen in de lengte van de windingen (golflengte), de rotatiesnelheid (trillingsfrequentie) en de energie die ze transporteren.

Fotonen van gammastraling en röntgenstraling vormen een samengedrukte veer minimale maten en met geconcentreerde energie in dit kleine volume. Daarom vertonen ze de eigenschappen van deeltjes en overwinnen ze gemakkelijk obstakels, terwijl ze zich tussen moleculen en materieatomen bewegen.

Fotonen van ultraviolette straling, zichtbaar licht en fotonen van infraroodstraling zijn dezelfde veer, alleen uitgerekt. De energie in deze fotonen blijft hetzelfde, maar wordt over meer fotonen verdeeld langwerpig lichaam foton. Door de lengte van een foton te vergroten, kan het de eigenschappen van een golf vertonen. Door een toename van de diameter van het foton kan het echter niet tussen de moleculen van de stof doordringen.

Microgolf- en radiofotonen hebben een nog uitgerekte structuur. De lengte van radiogolven kan enkele duizenden kilometers bedragen, maar ze hebben de kleinste energie. Ze dringen gemakkelijk door barrières heen, alsof ze in de substantie van de barrière schroeven, waarbij ze de moleculen en atomen van de substantie omzeilen.

In het heelal worden allerlei soorten fotonen geleidelijk omgezet uit gammastralingsfotonen. Gammastralingfotonen zijn primair. Wanneer ze zich in de ruimte verplaatsen, neemt de snelheid van hun rotatie af en worden ze achtereenvolgens omgezet in fotonen van röntgenstraling, en die op hun beurt in fotonen van ultraviolette straling, die worden omgezet in fotonen van zichtbaar licht, enz.

Daarom worden gammafotonen omgezet in röntgenfotonen. Deze fotonen hebben een langere golflengte en een lagere spinsnelheid. Vervolgens worden röntgenfotonen omgezet in ultraviolette fotonen, die worden omgezet in zichtbaar licht, enzovoort.

Het meest opvallende voorbeeld van deze transformatie in de dynamiek kan worden waargenomen tijdens een nucleaire explosie.

Nucleaire explosie en zones van het schadelijke effect ervan

Bezig nucleaire explosie binnen een paar seconden dringt een stroom gammastralingsfotonen door omgeving op een afstand van ongeveer 3 km. Vervolgens stopt de gammastraling, maar wordt röntgenstraling gedetecteerd. Ik geloof dat in dit geval fotonen van gammastraling worden omgezet in fotonen van röntgenstraling, en vervolgens in fotonen van ultraviolette, zichtbare en infrarode straling. De flux van fotonen veroorzaakt dienovereenkomstig het uiterlijk schadelijke factoren kernexplosie - doordringende straling, lichtstraling en branden.

In “The Depths of the Universe” hebben we de structuur van fotonen en de processen van hun vorming en functioneren in detail onderzocht. Het werd ons duidelijk dat fotonen bestaan ​​uit ringvormige energiefracties van verschillende diameters die met elkaar verbonden zijn.

Fotonen structuur

Breuken worden gevormd uit fundamentele deeltjes - de kleinste etherische vortexstolsels, die etherisch dicht zijn luifel. Deze etherische dichtheden zijn volledig materieel, net zoals de ether en de hele wereld om ons heen materieel zijn. Etherische dichtheden bepalen de massa-indicatoren van etherische vortexstolsels. De massa van de klontjes vormt de massa van de fracties, en zij vormen de massa van het foton. EN het maakt niet uit of hij in beweging is of in rust. Daarom is het foton volledig materiaal en heeft zijn eigen, goed gedefinieerde massa zowel in rust als in beweging.

We hebben tijdens experimenten al directe bevestiging gekregen van ons idee van de structuur van het foton en de samenstelling ervan. Ik hoop dat we in de nabije toekomst alle verkregen resultaten zullen publiceren. Bovendien werden vergelijkbare resultaten verkregen in buitenlandse laboratoria. Er is dus reden om aan te nemen dat we op de goede weg zijn.

We hebben dus een aantal vragen over het foton beantwoord.

Voor ons begrip is een foton geen deeltje of golf, maar een veer verschillende omstandigheden kan worden gecomprimeerd tot de grootte van deeltjes, of kan worden uitgerekt, waardoor de eigenschappen van een golf worden vertoond.

Fotonen hebben hun eigen variëteiten, afhankelijk van het type straling en kunnen gammastralingsfotonen, röntgenfotonen, ultraviolette, zichtbare, infrarood- en microgolffotonen zijn, evenals radiofotonen.

Het foton is materieel en heeft massa. Hij is niet het kleinste deeltje in het heelal, maar bestaat uit etherische vortexstolsels en energiefracties.

Ik begrijp dat dit een enigszins onverwachte en ongebruikelijke interpretatie van het foton is. Ik ga echter niet uit van algemeen aanvaarde regels en postulaten die vele jaren geleden zijn aangenomen zonder verband te houden met de processen van algemene ontwikkeling van de wereld. En uit de logica, die voortkomt uit de wetten van de structuur van de wereld, die de sleutel vormen tot de deur die naar de Waarheid leidt.

Tegelijkertijd werden in 2013 de Nobelprijzen voor de natuurkunde toegekend aan Peter Higgs en Francois Englert, die in 1964 onafhankelijk het bestaan ​​van een ander deeltje in de natuur suggereerden: het neutrale boson. lichte hand Nobel laureaat L. Lederman werd het ‘deeltje van God’ genoemd, dat wil zeggen dat fundamentele principe, de eerste steen waaruit ons hele leven voortkomt. de wereld. In 2012 kondigden twee wederom onafhankelijke wetenschappelijke gemeenschappen, terwijl ze experimenten uitvoerden met botsende protonenbundels met hoge snelheden, vrijwel gelijktijdig de ontdekking aan van een deeltje waarvan de parameters met elkaar samenvielen en overeenkwamen met de waarden voorspeld door P. Higgs en F. Engler.

Zo'n deeltje was een tijdens de experimenten geregistreerd neutraal boson, waarvan de levensduur niet meer dan 1,56 x 10-22 seconden bedroeg, en waarvan de massa meer dan 100 keer de massa van een proton was. Aan dit deeltje werd het vermogen toegeschreven om massa te geven aan al het materiaal dat op deze wereld bestaat - van een atoom tot een cluster van sterrenstelsels. Bovendien werd aangenomen dat dit deeltje een direct bewijs is van de aanwezigheid van een bepaald hypothetisch veld, waardoor alle deeltjes gewicht krijgen. Dit is zo'n magische ontdekking.

De algemene euforie over deze ontdekking duurde echter niet lang. Omdat er vragen ontstonden die niet anders konden dan ontstaan. Als het Higgsdeeltje werkelijk een ‘deeltje van God’ is, waarom is zijn ‘leven’ dan zo vluchtig? Het begrip van God is altijd in verband gebracht met de eeuwigheid. Maar als God eeuwig is, dan moet elk deeltje van Hem ook eeuwig zijn. Het zou logisch en begrijpelijk zijn. Maar het ‘leven’ van een boson dat een fractie van een seconde duurt met tweeëntwintig nullen achter de komma, past niet echt bij de eeuwigheid. Het is moeilijk om het zelfs maar een moment te noemen.

Bovendien, als we het over een ‘deeltje van God’ willen hebben, dan is het noodzakelijk om duidelijk te begrijpen dat het zich in alles om ons heen moet bevinden en een onafhankelijke, langlevende en minimaal mogelijke omvangrijke entiteit moet vertegenwoordigen die alle delen van het universum vormt. bekende deeltjes van onze wereld.

Uit deze goddelijke deeltjes zou onze wereld geleidelijk stap voor stap moeten worden opgebouwd. Deeltjes moeten daaruit bestaan, atomen moeten uit deeltjes bestaan, enzovoorts, tot sterren, sterrenstelsels en het heelal. Alle bekende en onbekende velden moeten ook in verband worden gebracht met dit magische deeltje en niet alleen massa overbrengen, maar ook elke andere interactie. Ik denk dat dit logisch is en niet in strijd is met het gezond verstand. Omdat we, aangezien we dit deeltje associëren met het goddelijke principe, een adequaat antwoord op onze verwachtingen moeten hebben.

We hebben echter al gezien dat de massa van het Higgsdeeltje zelfs aanzienlijk groter is dan de massa van het proton. Maar hoe kun je van iets groots iets kleins maken? Hoe pas je een olifant in een muizenhol?! Echt niet.

Dit hele onderwerp is, eerlijk gezegd, niet erg transparant en gerechtvaardigd. Ook al begrijp ik iets misschien niet helemaal vanwege mijn gebrek aan competentie, toch past het Higgsdeeltje, naar mijn diepe overtuiging, niet echt bij het ‘deeltje van God’.

Een ander ding is het foton. Dit prachtige deeltje heeft het menselijk leven op deze planeet volledig getransformeerd.

Dankzij fotonen van verschillende stralingen zien we de wereld om ons heen, genieten we van zonlicht en warmte, luisteren we naar muziek en kijken we naar televisienieuws, stellen we diagnoses en behandelen we, controleren en defecten metalen, kijken we de ruimte in en dringen we door in de diepten van de materie, communiceren we met elkaar op afstand via de telefoon… Leven zonder fotonen zou ondenkbaar zijn. Ze maken niet alleen deel uit van ons leven. Zij zijn ons leven.

Fotonen zijn dat in wezen wel belangrijkste hulpmiddel communicatie van de mens met de wereld om hem heen. Alleen zij stellen ons in staat om in de wereld om ons heen te duiken en deze, met behulp van zicht, geur, aanraking en smaak, te begrijpen en de schoonheid en diversiteit ervan te bewonderen. Dit alles is te danken aan hen - fotonen.

En verder. Dit is waarschijnlijk het belangrijkste. Alleen fotonen dragen licht! En volgens alle religieuze canons heeft God dit licht voortgebracht. Bovendien is God licht!

Hoe kun je aan de verleiding voorbijgaan zonder het foton een naam te geven? een echt “deeltje van God”! Foton en alleen foton kunnen deze hoogste titel claimen! Foton is licht! Foton is warmte! Photon is de oproer van kleuren van de wereld! Photon is geurige geuren en subtiele smaken! Er is geen leven zonder fotonen! En als het toch gebeurt, wie heeft dan zo'n leven nodig? Zonder licht en warmte, zonder smaak en geur. Niemand.

Daarom, als we erover praten deeltje van God, dan hoeven we er alleen maar over te praten foton- over dit geweldige geschenk dat de Hogere Machten ons hebben gegeven. Maar zelfs dan alleen allegorisch. Omdat God geen deeltjes kan hebben. God is één en heel en kan niet in deeltjes worden verdeeld.