A fény hullám vagy részecske? Mindkettő egyszerre, és valójában ugyanez igaz az elektronokra is, amint ezt Paul Dirac bizonyította, amikor 1928-ban bevezette relativisztikus hullámfüggvény-egyenletét. Mint kiderült, a fény és az anyag - nagyjából minden, ami az anyagi világegyetemet alkotja - kvantumokból áll, amelyek hullámjellemzőkkel rendelkező részecskék.
A meglepő (akkori) következtetéshez vezető út egyik fő mérföldköve az volt, hogy Heinrich Hertz 1887-ben felfedezte a fotoelektromos hatást. Einstein 1905-ben a kvantumelmélettel magyarázta, és azóta a fizikusok elfogadják, hogy bár a fény részecske, ez egy jellegzetes hullámhosszúságú és frekvenciájú részecske, és ezek a mennyiségek a fény vagy a sugárzás.
Max Planck A foton hullámhossza az energiához
A hullámhossz-átalakító egyenlet a kvantumelmélet atyjától, Max Planck német fizikustól származik. 1900 körül bemutatta a kvantum ötletét, miközben tanulmányozta a fekete test által kibocsátott sugárzást, amely egy test, amely elnyeli az összes beeső sugárzást.
A kvantum segített megmagyarázni, hogy egy ilyen test miért bocsát ki sugárzást leginkább az elektromágneses spektrum közepén, inkább az ultraibolya fényében, ahogy azt a klasszikus elmélet megjósolja.
Planck magyarázata szerint a fény diszkrét energiacsomagokból áll, az úgynevezett kvanták, ill fotonok, és hogy az energia csak diszkrét értékeket vehet fel, amelyek az univerzum többszörösei voltak állandó. A Planck konstansnak nevezett konstansot a betű képviselih, és értéke 6,63 × 10-34 m2 kg / s vagy ennek megfelelő 6,63 × 10-34 joule-másodperc.
Planck elmagyarázta, hogy egy foton energiája,E, ennek a frekvenciájának a szorzata volt, amelyet mindig a görög nu (ν) és ez az új állandó. Matematikai szempontból:E = hν.
Mivel a fény hullámjelenség, Planck egyenletét kifejezheti hullámhosszban, amelyet a görög lambda (λ), mert bármely hullám esetében az átviteli sebesség megegyezik a frekvenciájának és a hullámhosszának a szorzatával. Mivel a fénysebesség állandó, ezt jelöljükc, Planck-egyenlet a következőképpen fejezhető ki:
E = \ frac {hc} {λ}
Hullámhossz: energia konverziós egyenlet
A Planck-egyenlet egyszerű átrendezése azonnali hullámhossz-számológépet ad bármilyen sugárzáshoz, feltételezve, hogy ismeri a sugárzás energiáját. A hullámhossz képlete:
λ = \ frac {hc} {E}
Mindkéthésckonstansok, tehát a hullámhossz: energia konverziós egyenlet alapvetően azt állítja, hogy a hullámhossz arányos az energia inverzével. Más szavakkal, a hosszú hullámhosszú sugárzásnak, amely a spektrum vörös vége felé mutat fényt, kevesebb energiája van, mint a rövid hullámhosszú fénynek a spektrum ibolya végén.
Tartsa egységeit egyenesen
A fizikusok különféle egységekben mérik a kvantumenergiát. Az SI rendszerben a leggyakoribb energiaegységek a joule-k, de túl nagyok a kvantum szinten zajló folyamatokhoz. Az elektronvolt (eV) kényelmesebb egység. Ez az az energia, amely egyetlen elektron felgyorsításához szükséges 1 volt potenciálkülönbségen keresztül, és egyenlő 1,6 × 10-19 joule.
A hullámhossz leggyakoribb mértékegységei az ångstromok (Å), ahol 1 Å = 10-10 m. Ha ismeri egy kvantum energiáját elektronvoltokban, akkor a hullámhossz ångströmben vagy méterben való megadásának legegyszerűbb módja az, ha először energiát konvertálunk joule-ba. Ezután közvetlenül csatlakoztathatja Planck egyenletéhez, és 6,63 × 10-et használhat-34 m2 kg / s a Planck-állandóra (h) és 3 × 108 m / s a fénysebességre (c), kiszámíthatja a hullámhosszat.