هل الضوء موجة أم جسيم؟ كلاهما في نفس الوقت ، وفي الواقع ، نفس الشيء ينطبق على الإلكترونات ، كما أوضح بول ديراك عندما قدم معادلة دالة الموجة النسبية في عام 1928. كما اتضح ، الضوء والمادة - إلى حد كبير كل ما يؤلف الكون المادي - يتكونان من كوانتات ، وهي جسيمات ذات خصائص موجية.
كان أحد المعالم الرئيسية على الطريق إلى هذا الاستنتاج المفاجئ (في ذلك الوقت) هو اكتشاف التأثير الكهروضوئي بواسطة هاينريش هيرتز في عام 1887. شرحها أينشتاين من منظور نظرية الكم في عام 1905 ، ومنذ ذلك الحين ، وافق الفيزيائيون على ذلك ، في حين أن الضوء قد يتصرف باعتباره الجسيم ، هو جسيم ذو طول موجي وتردد مميزين ، وترتبط هذه الكميات بطاقة الضوء أو إشعاع.
ماكس بلانك المرتبط بطول موجة الفوتون بالطاقة
تأتي معادلة محول الطول الموجي من والد نظرية الكم ، الفيزيائي الألماني ماكس بلانك. حوالي عام 1900 ، قدم فكرة الكم أثناء دراسة الإشعاع المنبعث من الجسم الأسود ، وهو الجسم الذي يمتص كل الإشعاع الساقط.
ساعد الكم في تفسير سبب إصدار مثل هذا الجسم للإشعاع في الغالب في منتصف الطيف الكهرومغناطيسي ، بدلاً من الأشعة فوق البنفسجية كما تنبأت النظرية الكلاسيكية.
افترض تفسير بلانك أن الضوء يتكون من حزم منفصلة من الطاقة تسمى كوانتا ، أو الفوتونات ، وأن الطاقة يمكن أن تأخذ فقط قيمًا منفصلة ، والتي كانت مضاعفات الكون ثابت. يتم تمثيل الثابت ، المسمى ثابت بلانك ، بالحرفح، وقيمته 6.63 × 10-34 م2 كجم / ث أو ما يعادله 6.63 × 10-34 جول-ثانية.
أوضح بلانك أن طاقة الفوتون ،ه، كان ناتجًا عن تردده ، والذي يتم تمثيله دائمًا بالحرف اليوناني nu (ν) وهذا الثابت الجديد. من الناحية الرياضية:ه = ح.
نظرًا لأن الضوء عبارة عن ظاهرة موجية ، يمكنك التعبير عن معادلة بلانك من حيث الطول الموجي ، ممثلة بالحرف اليوناني لامدا (λ) ، لأن سرعة الإرسال لأي موجة تساوي ترددها مضروبًا في طولها الموجي. بما أن سرعة الضوء ثابتة ، يُرمز إليها بـج، يمكن التعبير عن معادلة بلانك على النحو التالي:
E = \ فارك {hc} {λ}
الطول الموجي إلى معادلة تحويل الطاقة
تمنحك إعادة ترتيب بسيطة لمعادلة بلانك آلة حاسبة فورية لطول الموجة لأي إشعاع ، بافتراض أنك تعرف طاقة الإشعاع. صيغة الطول الموجي هي:
λ = \ frac {hc} {E}
كلاهماحوجهي ثوابت ، وبالتالي فإن الطول الموجي إلى معادلة تحويل الطاقة تنص أساسًا على أن الطول الموجي يتناسب طرديًا مع معكوس الطاقة. بعبارة أخرى ، الإشعاع ذو الطول الموجي الطويل ، وهو ضوء باتجاه الطرف الأحمر من الطيف ، لديه طاقة أقل من الضوء ذي الطول الموجي القصير على الطرف البنفسجي من الطيف.
حافظ على استقامة وحداتك
يقيس الفيزيائيون طاقة الكم في مجموعة متنوعة من الوحدات. في نظام SI ، وحدات الطاقة الأكثر شيوعًا هي الجول ، لكنها كبيرة جدًا بالنسبة للعمليات التي تحدث على المستوى الكمي. يعد الإلكترون فولت (eV) وحدة أكثر ملاءمة. إنها الطاقة اللازمة لتسريع إلكترون واحد بفرق جهد قدره 1 فولت ، وهي تساوي 1.6 × 10-19 جول.
الوحدات الأكثر شيوعًا للطول الموجي هي أنجستروم (Å) ، حيث 1 Å = 10-10 م. إذا كنت تعرف طاقة الكم في الإلكترون فولت ، فإن أسهل طريقة للحصول على الطول الموجي في أنجستروم أو متر هي تحويل الطاقة أولاً إلى جول. يمكنك بعد ذلك التعويض مباشرة في معادلة بلانك باستخدام 6.63 × 10-34 م2 كجم / ث لثابت بلانك (ح) و 3 × 108 م / ث لسرعة الضوء (ج) ، يمكنك حساب الطول الموجي.
