แสงเป็นคลื่นหรืออนุภาค? เป็นทั้งสองอย่างในเวลาเดียวกัน และที่จริงแล้ว อิเล็กตรอนก็เช่นเดียวกัน ดังที่ Paul Dirac แสดงให้เห็นเมื่อเขาแนะนำสมการฟังก์ชันคลื่นสัมพัทธภาพในปี 1928 เมื่อปรากฏออกมา แสงและสสาร - แทบทุกอย่างที่ประกอบเป็นเอกภพของวัสดุ - ประกอบด้วยควอนตา ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีลักษณะเฉพาะของคลื่น
จุดสังเกตหลักบนถนนสู่ข้อสรุปที่น่าประหลาดใจ (ในขณะนั้น) คือการค้นพบโฟโตอิเล็กทริกโดยไฮน์ริช เฮิรตซ์ในปี 2430 Einstein อธิบายมันในแง่ของทฤษฎีควอนตัมในปี 1905 และตั้งแต่นั้นมา นักฟิสิกส์ก็ยอมรับว่า แม้ว่าแสงอาจทำตัวเป็น อนุภาค มันเป็นอนุภาคที่มีความยาวคลื่นและความถี่ลักษณะเฉพาะ และปริมาณเหล่านี้สัมพันธ์กับพลังงานของแสงหรือ รังสี
ความยาวคลื่นโฟตอนที่เกี่ยวข้องกับพลังงานสูงสุดพลังค์ to
สมการตัวแปลงความยาวคลื่นมาจากบิดาแห่งทฤษฎีควอนตัม นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Max Planck ราวปี 1900 เขาได้แนะนำแนวคิดของควอนตัมในขณะที่ศึกษาการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากวัตถุสีดำ ซึ่งเป็นวัตถุที่ดูดซับรังสีที่ตกกระทบทั้งหมด
ควอนตัมช่วยอธิบายว่าทำไมวัตถุดังกล่าวจึงปล่อยรังสีส่วนใหญ่ในช่วงกลางของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แทนที่จะเป็นรังสีอัลตราไวโอเลตตามที่คาดการณ์ไว้ในทฤษฎีคลาสสิก
คำอธิบายของพลังค์ระบุว่าแสงประกอบด้วยแพ็คเก็ตพลังงานที่เรียกว่าควอนตาหรือ โฟตอน และพลังงานสามารถรับได้เฉพาะค่าที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งเป็นผลคูณของจักรวาล คงที่ ค่าคงที่เรียกว่าค่าคงที่พลังค์ แทนด้วยตัวอักษรห่าและมีค่า 6.63 × 10-34 ม2 กก. / s หรือเทียบเท่า 6.63 × 10-34 จูลวินาที
พลังค์อธิบายว่าพลังงานของโฟตอนอีเป็นผลคูณของความถี่ซึ่งมักจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีก nu (ν) และค่าคงที่ใหม่นี้ ในแง่คณิตศาสตร์:อี = ฮน.
เนื่องจากแสงเป็นปรากฏการณ์คลื่น คุณสามารถแสดงสมการของพลังค์ในรูปของความยาวคลื่น แทนด้วยอักษรกรีกแลมบ์ดา (λ) เนื่องจากสำหรับคลื่นใดๆ ความเร็วของการส่งสัญญาณจะเท่ากับความถี่คูณความยาวคลื่น เนื่องจากความเร็วแสงเป็นค่าคงที่ แทนด้วยค, สมการของพลังค์สามารถแสดงเป็น:
E = \frac{hc}{λ}
ความยาวคลื่นเป็นสมการการแปลงพลังงาน
การจัดเรียงสมการของพลังค์ใหม่อย่างง่ายจะทำให้คุณมีเครื่องคำนวณความยาวคลื่นแบบทันทีสำหรับการแผ่รังสีใดๆ โดยถือว่าคุณทราบพลังงานของการแผ่รังสี สูตรความยาวคลื่นคือ:
λ = \frac{hc}{E}
ทั้งคู่ห่าและคเป็นค่าคงที่ ดังนั้นความยาวคลื่นเป็นสมการการแปลงพลังงานโดยพื้นฐานแล้วระบุว่าความยาวคลื่นเป็นสัดส่วนกับค่าผกผันของพลังงาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง การแผ่รังสีความยาวคลื่นยาว ซึ่งเป็นแสงไปทางปลายสเปกตรัมสีแดง มีพลังงานน้อยกว่าแสงความยาวคลื่นสั้นที่ปลายคลื่นสีม่วงของสเปกตรัม
ทำให้หน่วยของคุณตรง
นักฟิสิกส์วัดพลังงานควอนตัมในหน่วยต่างๆ ในระบบ SI หน่วยพลังงานที่พบบ่อยที่สุดคือจูล แต่ใหญ่เกินไปสำหรับกระบวนการที่เกิดขึ้นในระดับควอนตัม อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) เป็นหน่วยที่สะดวกกว่า เป็นพลังงานที่จำเป็นในการเร่งอิเล็กตรอนตัวเดียวผ่านความต่างศักย์ 1 โวลต์ และเท่ากับ 1.6 × 10-19 จูล
หน่วยความยาวคลื่นที่พบบ่อยที่สุดคือ ångstroms (Å) โดยที่ 1 Å = 10-10 เมตร หากคุณทราบพลังงานของควอนตัมในหน่วยอิเล็กตรอนโวลต์ วิธีที่ง่ายที่สุดในการหาความยาวคลื่นเป็นอองสตรอมหรือเมตรคือการแปลงพลังงานเป็นจูลก่อน จากนั้นคุณสามารถเสียบลงในสมการของพลังค์ได้โดยตรง และใช้ 6.63 × 10-34 ม2 kg/s สำหรับค่าคงที่ของพลังค์ (ห่า) และ 3 × 108 m/s สำหรับความเร็วแสง (ค) คุณสามารถคำนวณความยาวคลื่นได้