Hvordan opfører lys som q -strøm af partikler?

Den fotoelektriske effekt

* eksperimentet: Skinne lys på en metaloverflade. Hvis lyset har nok energi, kastes elektroner ud af metallet.

* Problemet: Klassisk bølgeteori forudsagde, at lysets intensitet skulle bestemme, hvor mange elektroner der er skubbet ud, og at enhver hyppighed af lys i sidste ende skulle være i stand til at skubbe elektroner ud.

* Einsteins løsning (1905): Lys opfører sig som om det er lavet af små pakker med energi kaldet fotoner. Energien fra en foton er proportional med hyppigheden af ​​lys (E =HF, hvor E er energi, H er Plancks konstante, og F er frekvens).

* nøgleobservation: Lysets * frekvens * bestemmer, om elektroner udsættes, ikke intensiteten. Dette skyldes, at energien fra en foton er direkte relateret til dens frekvens. Kun fotoner med nok energi til at overvinde metalens "arbejdsfunktion" (den energi, der kræves for at frigive en elektron), kan skubbe elektroner ud.

Andre beviser for lys som partikler:

* Compton -spredning: Røntgenstråler spreder elektroner, og de spredte røntgenstråler har en længere bølgelængde end hændelsesrålerne. Dette kan forklares ved at betragte røntgenfotonerne som partikler, der kolliderer med elektronerne.

* Blackbody -stråling: Dette fænomen beskriver den elektromagnetiske stråling, der udsendes af et opvarmet objekt. Klassisk fysik undlod at forklare formen på Blackbody -spektret, men Planck forklarede det med succes ved at antage, at energien i den udsendte stråling blev kvantiseret, hvilket betyder, at den eksisterede i diskrete pakker.

* parproduktion: Fotoner med høj energi kan omdanne til en elektron og en positron (en anti-elektron). Dette viser, at energi kan omdannes til stof, hvilket yderligere understøtter lysets partikelkarakter.

bølgepartikel dualitet

Det er vigtigt at bemærke, at lys ikke altid opfører sig som en strøm af partikler, og det opfører sig heller ikke altid som en bølge. Lys udviser både partikellignende og bølgeagtige egenskaber, et koncept kaldet bølgepartikel-dualitet. Dette er et grundlæggende princip i kvantemekanik.

Tænk på det sådan:

Lys er som en kamæleon, der ændrer sit "udseende" afhængigt af situationen. Nogle gange fungerer det som en bølge, nogle gange fungerer den som en partikel. Det er ikke den ene eller den anden; Det er begge på samme tid.