इलेक्ट्रॉन तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं

भौतिक विज्ञानी लंबे समय से जानते हैं कि प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है। आज तक, कोई भी इस स्थिति पर संदेह नहीं करता है, क्योंकि प्रकाश तरंग व्यवहार के सभी संकेतों को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है: प्रकाश तरंगें एक दूसरे को ओवरलैप कर सकती हैं, एक हस्तक्षेप पैटर्न उत्पन्न कर सकती हैं, वे अलग करने में भी सक्षम हैं, विवर्तन समय के साथ बाधाओं के चारों ओर झुकते हैं।

जब हम किसी ऐसे पक्षी को देखते हैं जो बत्तख की तरह चलता है, बत्तख की तरह तैरता है, और बत्तख की तरह चहकता है, तो हम उस चिड़िया को बत्तख कहते हैं। तो प्रकाश है विद्युत चुम्बकीय तरंगप्रकाश में ऐसी तरंग के व्यवहार के वस्तुनिष्ठ रूप से देखे गए संकेतों के आधार पर।

हालाँकि, 19वीं और 20वीं सदी के अंत में, भौतिकविदों को प्रकाश के "कण-तरंग द्वैतवाद" के बारे में बात करनी थी। यह पता चला है कि यह ज्ञान कि प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है, वह सब नहीं है जो विज्ञान प्रकाश के बारे में जानता है। वैज्ञानिकों ने प्रकाश में एक बहुत ही रोचक विशेषता की खोज की है।

यह पता चला है कि किसी तरह प्रकाश कणों की एक धारा के व्यवहार के रूप में प्रकट होता है।यह पाया गया कि प्रकाश द्वारा वहन की गई ऊर्जा, एक विशेष डिटेक्टर द्वारा एक निश्चित अवधि में गिने जाने के बाद, वैसे भी अलग-अलग (पूरे) टुकड़ों से बनी होती है।

इसलिए, यह सच हो गया कि प्रकाश की ऊर्जा असतत है, क्योंकि यह अलग-अलग कणों से बनी है - "क्वांटा", यानी ऊर्जा के सबसे छोटे पूरे हिस्से। ऊर्जा की एक इकाई (या क्वांटम) ले जाने वाले प्रकाश के ऐसे कण को ​​फोटॉन कहा जाने लगा।

एक फोटॉन की ऊर्जा निम्न सूत्र द्वारा पाई जाती है:

ई - फोटॉन ऊर्जा, एच - प्लैंक की स्थिरांक, वी - आवृत्ति।

जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक ने पहली बार प्रकाश तरंग की असततता के तथ्य को प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया और निरंतर एच के मान की गणना की, जो व्यक्तिगत फोटॉन की ऊर्जा खोजने के सूत्र में प्रकट होता है। यह मान निकला: 6.626 * 10-34 J * s। प्लैंक ने 1900 के अंत में अपने काम के परिणाम प्रकाशित किए।

उदाहरण के लिए, बैंगनी किरण पर विचार करें। ऐसे प्रकाश की आवृत्ति (f या v) 7.5*1014 Hz प्लैंक नियतांक (h) 6.626*10-34J*s है। इसका मतलब यह है कि फोटोन की ऊर्जा, (ई), बैंगनी रंग की विशेषता, 5 * 10-19 जे है। यह ऊर्जा का इतना छोटा हिस्सा है कि इसे पकड़ना बहुत मुश्किल है।

एक पर्वत जलधारा की कल्पना करें - यह एक इकाई के रूप में बहती है, और नग्न आंखों से यह देखना असंभव है कि धारा वास्तव में अलग-अलग पानी के अणुओं से बनी है। आज, हालांकि, हम जानते हैं कि स्थूल वस्तु- प्रवाह- वास्तव में असतत है, अर्थात इसमें अलग-अलग अणु होते हैं।

इसका मतलब यह है कि अगर हम धारा के प्रवाह के रूप में गुजरने वाले पानी के अणुओं को गिनने के लिए धारा के बगल में एक अणु काउंटर रख सकते हैं, तो डिटेक्टर हमेशा पानी के अणुओं की पूरी संख्या की गणना करेगा, आंशिक नहीं।

इसी तरह, समय टी पर गणना की गई फोटॉन ई की कुल ऊर्जा का ग्राफ हमेशा रैखिक (पीला आंकड़ा) नहीं होगा, लेकिन चरणबद्ध (हरा आंकड़ा):

तो, फोटॉन चलते हैं, वे ऊर्जा ले जाते हैं, इसलिए उनके पास संवेग होता है। लेकिन एक फोटॉन का कोई द्रव्यमान नहीं होता है। फिर आप गति कैसे प्राप्त कर सकते हैं?

वास्तव में, प्रकाश की गति के करीब गति से चलने वाली वस्तुओं के लिए, शास्त्रीय सूत्र p = mv केवल अनुपयुक्त है। यह समझने के लिए कि इस असामान्य मामले में संवेग कैसे खोजा जाए, आइए विशेष सापेक्षता की ओर मुड़ें:

1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने इस दृष्टिकोण से समझाया प्रकाश विद्युत प्रभाव… हम जानते हैं कि धातु की प्लेट के भीतर इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो इसके अंदर परमाणुओं के सकारात्मक रूप से आवेशित नाभिक द्वारा आकर्षित होते हैं और इसलिए धातु में बने रहते हैं। लेकिन अगर आप ऐसी प्लेट को एक निश्चित आवृत्ति के प्रकाश से चमकाते हैं, तो आप प्लेट से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल सकते हैं।

यह ऐसा है जैसे प्रकाश संवेग के साथ कणों की एक धारा की तरह व्यवहार करता है। और भले ही एक फोटॉन का कोई द्रव्यमान नहीं है, फिर भी यह किसी तरह धातु में एक इलेक्ट्रॉन के साथ संपर्क करता है, और कुछ शर्तों के तहत एक फोटॉन एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने में सक्षम होता है।

इसलिए यदि प्लेट पर फोटॉन की घटना में पर्याप्त ऊर्जा है, तो इलेक्ट्रॉन धातु से बाहर निकल जाएगा और वेग वी के साथ प्लेट से बाहर निकल जाएगा। ऐसे खटखटाए गए इलेक्ट्रॉन को फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है।

चूंकि खटखटाए गए इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान m है, इसलिए इसकी एक निश्चित गतिज ऊर्जा mv होगी।

फोटॉन की ऊर्जा, जब यह धातु पर कार्य करती है, धातु (कार्य समारोह) से इलेक्ट्रॉन के बाहर निकलने की ऊर्जा में और इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जिसके पास नॉक-आउट इलेक्ट्रॉन चलना शुरू हो जाता है धातु से बाहर, इसे छोड़कर।

मान लीजिए कि ज्ञात तरंग दैर्ध्य का एक फोटॉन धातु की सतह पर हमला करता है जिसके लिए कार्य कार्य (धातु से इलेक्ट्रॉन का) जाना जाता है। इस मामले में, किसी दिए गए धातु से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा आसानी से पाई जा सकती है, साथ ही इसका वेग भी।

यदि फोटॉन की ऊर्जा इलेक्ट्रॉन के लिए कार्य कार्य करने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो इलेक्ट्रॉन केवल दी गई धातु की सतह को नहीं छोड़ सकता है और फोटोइलेक्ट्रॉन नहीं बनता है।

1924 में, एक फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लुइस डी ब्रोगली जिसके अनुसार एक सफल विचार सामने रखें न केवल प्रकाश के फोटॉन बल्कि स्वयं इलेक्ट्रॉन भी तरंगों की तरह व्यवहार कर सकते हैं। वैज्ञानिक ने इलेक्ट्रॉन की काल्पनिक तरंग दैर्ध्य के लिए एक सूत्र भी निकाला। इन तरंगों को बाद में "डी ब्रोगली तरंगें" कहा गया।

डी ब्रोगली की परिकल्पना की बाद में पुष्टि हुई। अमेरिकी वैज्ञानिकों क्लिंटन डेविसन और लेस्टर जर्मर द्वारा 1927 में आयोजित इलेक्ट्रॉन विवर्तन पर एक भौतिकी प्रयोग ने अंततः इलेक्ट्रॉन की तरंग प्रकृति को इंगित किया।

जब इलेक्ट्रॉनों के एक बीम को एक विशेष परमाणु संरचना के माध्यम से निर्देशित किया गया था, तो ऐसा लगता है कि डिटेक्टर को चित्र को एक के बाद एक उड़ने वाले कणों के रूप में रिकॉर्ड करना चाहिए था, जो इलेक्ट्रॉनों के कण होने पर तार्किक रूप से अपेक्षित होगा।

लेकिन व्यवहार में हमारे पास तरंग विवर्तन की एक विशेषता है। इसके अलावा, इन तरंगों की लंबाई पूरी तरह से डी ब्रोगली द्वारा प्रस्तावित अवधारणा के अनुरूप है।

अंततः, डी ब्रोगली के विचार ने बोह्र के परमाणु मॉडल के सिद्धांत की व्याख्या करना संभव बना दिया, और बाद में इसने इरविन श्रोडिंगर के लिए इन विचारों को सामान्य बनाना और आधुनिक क्वांटम भौतिकी की नींव रखना संभव बना दिया।