Главная Интересные факты Эйнштейн и квантовая теория света



Эйнштейн и квантовая теория света

Наука и константы - Интересные факты

эйнштейн и квантовая теория света

Эйнштейн является одним из основателей новой, квантовой теории света и основателем теории относительности. Согласно квантовой теории свет представляет поток своеобразных частиц материи, так называемых квантов, или фотонов. Эйнштейн доказал, что фотоны обладают не только некоторой энергией, которую они уносят от светящегося тела, но и (соответственно этой энергии) некоторой массой, а значит и весом, как это вытекало из новой теории тяготения, установленной Эйнштейном на основе теории относительности3.

Но указанный вывод надо было доказать на опыте. Эйнштейн (точнее ряда других ученых) это и сделал, применив (говоря принципиально) метод Марата. Однако Эйнштейн учел, что те тяжелые, массивные тела, вблизи которых Марат пропускал лучи света, были все же недостаточно массивны; поэтому они и не могли сколько-нибудь заметно притянуть фотоны. В поисках достаточ­но массивного тела Эйнштейн обратился за помощью к астрономии. В качестве тела большой массы он выбрал Солнце,— ведь,- масса Солнца превышает массу нашего земного шара больше чем в 300 тыс. раз.

Солнце должно притягивать проходящие вблизи его поверхности световые лучи с ощутительной силой.

Все это хорошо,— скажет читатель; но откуда же взять такие, проходящие вблизи солнечной поверхности, лучи?

Эйнштейн нашел очень остроумный выход из положения.

Представьте себе, что вы наблюдаете полное солнечное затмение, во время которого на несколько минут наступает такая темнота, что вблизи закрытого Луной диска Солнца становятся видимыми звезды. Лучи от таких звезд, видимых вблизи Солнца, прежде чем подойти к нашему глазу, должны пройти очень близко от поверхности Солнца.

Эйнштейн рассуждал так: если свет действительно весом, если он способен притягиваться материальными телами, то идущий к нам мимо Солнца световой луч от звезды должен вследствие его притяжения Солнцем несколько отклониться в направлении к Солнцу. В итоге световой луч вступит в глаз в та­ком направлении, как если бы он шел из точки, расположенной несколько дальше от Солнца, чем расположена видимая рядом с солнечным диском звезда.

На этом основании Эйнштейн обратился к астрономам всего мира с просьбой пронаблюдать при помощи фотографических снимков положения звезд вблизи солнечного диска во время солнечного затмения. Он предсказывал, что изображения звезд на снимках окажутся несколько смещенными в сторону от Солнца. Эйнштейн вывел даже формулу, устанавливавшую количественную величину этого смещения в зависимости от расстояния изображения звезды на снимке от центра изображения диска Солнца: смещение должно было быть обратно пропорционально этому расстоянию.

Наблюдения. произведенные в 1919, 1922 и 1929 гг., подтвердили предсказание Эйнштейна. Правда, наблюдения 1929 г. дали результат, количественно несколько превышающий величину указываемого теорией Эйнштейна смещения (примерно на 30<Уо), но самый факт притяжения световых лучей Солнцем следует считать твердо «установленным.

Эйнштейн выдвинул свою теорию притяжения света еще в 1911 г. Скоро после этого известный английский астроном Артур Эддингтон доказал теоретически, что если световые фотоны считать просто мельчайшими материальными частичками, оторвавшимися от Солнца4, и применить к ,ним закон всемирного тяготения Ньютона, то окажется, что они должны притягиваться к Солнцу и привести в итоге к такому же “отклонению изображений ,звезд от изображения диска Солнца, на какое указывал Эйнштейн; это значит, что отклонение должно было бы быть обратно пропорциональным расстоянию изображения звезды от диска Солнца; но у Эддингтона получалась вдвое меньшая величина отклонения, чем у Эйнштейна, и это было самой интересной стороной дела, которую надо было проверить при помощи вышеупомянутых наблюдений. Наблюдения дали результат, говоривший в пользу Эйнштейна, но, как уже указывалось, не вполне точно. Вопрос нуждается еще в довыяснении.

Солнце теряет благодаря своему излучению массу

Согласно современной теории светового излучения, основанной Нильсом Бором, испускание света материей заключается в следующем: внутри излучающего свет атома происходит перескок одного или нескольких элек­тронов с более высокого энергетического уровня на более низкий; при этом электроны теряют часть своей энергии, которая и уходит из атома в виде лучистой энергии; здесь в точности соблюдается закон сохранения энергии. Но сами электроны остаются внутри атома, и атом, значит, ничего не теряет из своего вещества: сколько электронов было около его ядра до излучения света, столько же их останется и после .излучения. Атом теряет при излучении часть энергии (из-за потери части энергии электронами). И вот Эйнштейн доказал, что вследствие потери энергии всякое тело теряет и часть своей массы, а значит, и веса, не теряя при этом ни одного из своих атомов или электронов.

Эйнштейн вывел даже формулу, согласно которой можно, например, подсчитать, сколько массы теряет тело при потере определенного количества энергии (и значит, приобретает то тело, к которому перешла эта энергия).

Но другое дело — излучение огромного Солнца, сопровождающееся потерей громадного количества тепловой энергии, а значит, и ощутительной потерей массы. Солнце излучает в год 2,9-1033 малых калорий тепловой энергии. Если на основании этого подсчитать соответствующую потерю массы, то окажется, что Солнце ежеминутно теряет 250 млн. т, что в 650 раз больше массы воды, низвергающейся в тот же промежуток времени в Ниагарском водопаде.

Потеря Солнцем массы благодаря излучению энергии составляет в год 131 • 1012 т. Сопоставив с этим то, что масса земного шара составляет 6 1021 т, мы увидим, что эта потеря массы Солнцем все же, примерно, в 460 млн. раз меньше массы земного шара.

Есть звезды, значительно более яркие, чем Солнце, которые благодаря излучению теряют в тысячу и больше раз массы, чем Солнце.

Если масса, теряемая Солнцем в год, бо много раз меньше массы Земли, то тем более она мала по сравнению с массой Солнца, которая больше массы Земли в 330 тыс. раз. Подсчет показывает, что за все время ”существования Земли, т. е., примерно, за 2 млрд. лет, Солнце потеряло благодаря излучению энергии лишь 0,013% своей массы.

Как Солнце теряет массу при излучении спета?

Если Солнце ежеминутно теряет массу в 250 млн. т, то это вовсе не означает, что с его поверхности ежеминутно отрывается именно такое же количество тонн солнечного вещества; количество атомов Солнца при этом излучении энергии по крайней мере на поверхности Солнца остается неизменным, те­ряется лишь энергия солнечного вещества.

Однако за это время окружающее Солнце пространство непрерывно заполняется особого рода материей — световыми фотонами, уходящими с огромной быстротой в бесконечные дали. Ньютон также считал, что Солнце при излучении заполняет окружающее его пространство материей; но в отличие от современных взглядов он думал, что это вещество образуется здесь из как бы измельченного солнечного вещества. В действительности же, как это поняли в XX в., световые частички-фотоны не входили в состав солнечного вещества до излучения; они образуются вногь в момент излучения; до излучения их совсем не было, но зато Солнце было богаче энергией; после же излучения Солнце стало беднее энергией, зато вокруг него появились фотоны, масса которых равна той массе, которую потеряло вещество Солнца (в смысле количества атомов оставшееся неизменным, но излучившее энергию). Закон сохранения массы остается здесь в полной силе, так же как и закон сохранения энергии.


 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Учёные первооткрыватели:

Цераский, Витольд Карлович

News image

Витольд Карлович Цераский (27 апреля (9 мая) 1849, Слуцк — 29 мая 1925) — российский (советский) астроном, член-корреспондент Петербургской АН (с...

Томсон, Джозеф Джон

News image

Сэр Джозеф Джон Томсон (18 декабря 1856 — 30 августа 1940) — английский физик, открывший электрон, лауреат Нобелевской премии по фи...

Авторизация



Единицы измерений:

Баррель (единица объёма)

News image

Ба ррель (англ. barrel — бочка, бочонок) — старинная английская единица измерения объёма жидкости. Сокращение: бр. Пивной баррель Для измерения объёма пива и ...

Месяц

News image

Месяц — единица времени, используемая в календарях, которая приблизительно равна периоду обращения Луны вокруг Земли. Традиционная концепция связана с циклом фа...

Мегабайт

News image

Название «Мегабайт» распространено, но не соответствует ГОСТ 8.417-2002, где приставка мега - означает умножение на 1 000 000, а не 1 ...

Ом

News image

Ом (обозначение: Ом, Ω) — единица измерения электрического сопротивления в СИ. Ом равен электрическому сопротивлению проводника, между концами которого возникает на...

Открыватели:

Жерве, Поль

News image

Поль Жерве (фр. François Louis Paul Gervais, 26 сентября 1816, Париж — 10 февраля 1879, Париж) — французский естествоиспытатель. Он изучал медицину и естествознание, был по...

Универсальный конвертер
Conversion Type:
Quantity:

converts to:

Construction Unit converter provided by: EcoLog Homes

Интересные факты:

Таблица Менделеева

News image

В конце августа 1875 г. в кабинет акад. Вюрца входит его ученик, молодой французский химик Лекок-де-Буабодран. н долго не решается об...

Эйнштейн и квантовая теория света

News image

Эйнштейн является одним из основателей новой, квантовой теории света и основателем теории относительности. Согласно квантовой теории свет представляет поток своеобразных ча...

О звуке

News image

Звук с давних пор считался одним из самых загадочных явлений природы. В самом деле, что порождает звук? Что заставляет его не...

Как происходит кристаллизация жидкости

News image

В настоящее время можно считать твердо установленным, что жидкость может затвердевать после ее охлаждения до температуры плавления только при наличии в ...

Атом и время

News image

Трудно себе представить более простое и вместе с тем более сложное понятие, чем время. Старая пословица говорит: «нет ничего в ми...

Ньютон и Марат о притяжении лучей света

News image

Что такое свет?— На этот вопрос Ньютон, очень много поработавший над изуче­нием световых явлений, отвечал так: свет — это поток бы...