stały słupek, ile równy jest stały słupek
Stałego Plancka(kwant działania) - główna stała teorii kwantów, współczynnik wiążący ilość energii kwantu promieniowania elektromagnetycznego z jego częstotliwością, a także ogólnie ilość energii kwantu energii dowolnego liniowego oscylacyjnego układu fizycznego z jego częstotliwość. Łączy energię i pęd z częstotliwością i częstotliwością przestrzenną, działania z fazą. Jest to kwant momentu pędu. Po raz pierwszy wspomniany przez Plancka w jego pracy nad promieniowaniem cieplnym i dlatego nazwany jego imieniem. Zwykłe oznaczenie to łacina. J s erg s. eV s.

Często używana wartość:

J s, erg s, eV s,

nazywana zredukowaną (czasem zracjonalizowaną lub zredukowaną) stałą Plancka lub stałą Diraca. Użycie tej notacji upraszcza wiele wzorów mechaniki kwantowej, ponieważ tradycyjna stała Plancka wchodzi do tych wzorów w postaci podzielonej przez stałą.

Na 24. Generalnej Konferencji Miar i Wag w dniach 17-21 października 2011 r. jednogłośnie przyjęto rezolucję, w której w szczególności zaproponowano w przyszłej rewizji Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI) ponowne zdefiniowanie jednostek SI w taki sposób, aby stała Plancka była dokładnie równa 6,62606X·10−34 J·s, gdzie X zastępuje jedną lub więcej cyfr znaczących, które zostaną określone w przyszłości na podstawie najlepszych zaleceń CODATA. W tej samej rezolucji zaproponowano wyznaczenie w ten sam sposób dokładnych wartości stałej Avogadro, ładunku elementarnego i stałej Boltzmanna.

• 1 Znaczenie fizyczne
• 2 Historia odkrycia
  • 2.1 Wzór Plancka na promieniowanie cieplne
  • 2.2 Efekt fotoelektryczny
  • 2.3 Efekt Comptona
• 3 Metody pomiarowe
  • 3.1 Wykorzystanie praw efektu fotoelektrycznego
  • 3.2 Analiza widma bremsstrahlunga
• 4 notatki
• 5 Literatura
• 6 Linków

znaczenie fizyczne

W mechanice kwantowej pęd ma fizyczne znaczenie jako wektor falowy, energia – częstotliwości, a akcja – fazy fali, jednak tradycyjnie (historycznie) wielkości mechaniczne mierzone są w innych jednostkach (kg m/s, J, J s) niż odpowiednia fala (m −1, s −1, bezwymiarowe jednostki fazy). Stała Plancka pełni rolę przelicznika (zawsze takiego samego) łączącego te dwa układy jednostek – kwantowy i tradycyjny:

(pęd) (energia) (akcja)

Gdyby system jednostek fizycznych został już utworzony po pojawieniu się mechaniki kwantowej i dostosowany do uproszczenia podstawowych wzorów teoretycznych, stała Plancka prawdopodobnie byłaby po prostu równa jeden lub przynajmniej bardziej okrągłej liczbie. W fizyce teoretycznej system jednostek c jest często używany do uproszczenia wzorów, w których

.

Stała Plancka ma również prostą rolę oceniającą w rozróżnianiu obszarów zastosowania fizyki klasycznej i kwantowej: w porównaniu z wielkością działania lub wartościami momentu pędu charakterystycznymi dla rozważanego układu lub iloczynami charakterystycznego pędu przez charakterystyczny rozmiar lub charakterystyczna energia przez charakterystyczny czas, pokazuje, w jaki sposób mechanika klasyczna ma zastosowanie do danego układu fizycznego. Mianowicie, jeśli jest działaniem układu, a jest jego momentem pędu, to w lub zachowanie układu jest opisane z dobrą dokładnością przez mechanikę klasyczną. Szacunki te są dość bezpośrednio związane z relacjami niepewności Heisenberga.

Historia odkrycia

Wzór Plancka na promieniowanie cieplne

Główny artykuł: Formuła Plancka

Wzór Plancka jest wyrażeniem na widmową gęstość mocy promieniowania z ciała doskonale czarnego, które Max Planck uzyskał dla równowagowej gęstości promieniowania. Wzór Plancka uzyskano po tym, jak stało się jasne, że wzór Rayleigha-Jeansa zadowalająco opisuje promieniowanie tylko w obszarze fal długich. W 1900 roku Planck zaproponował formułę ze stałą (później nazwaną stałą Plancka), która dobrze zgadzała się z danymi eksperymentalnymi. Jednocześnie Planck uważał, że ta formuła jest tylko udaną sztuczką matematyczną, ale nie ma fizycznego znaczenia. Oznacza to, że Planck nie założył, że promieniowanie elektromagnetyczne jest emitowane w postaci oddzielnych porcji energii (kwantów), których wielkość jest związana z częstotliwością promieniowania za pomocą wyrażenia:

Następnie nazwano współczynnik proporcjonalności stała Plancka, = 1,054 10−34 J s.

efekt fotoelektryczny

Główny artykuł: efekt fotoelektryczny

Efekt fotoelektryczny to emisja elektronów przez substancję pod wpływem światła (i ogólnie wszelkiego promieniowania elektromagnetycznego). skondensowane substancje (stałe i ciekłe) emitują zewnętrzny i wewnętrzny efekt fotoelektryczny.

Efekt fotoelektryczny został wyjaśniony w 1905 r. przez Alberta Einsteina (za co w 1921 r. otrzymał Nagrodę Nobla dzięki nominacji szwedzkiego fizyka Oseena) w oparciu o hipotezę Plancka o kwantowej naturze światła. Praca Einsteina zawierała ważną nową hipotezę - jeśli Planck zasugerował, że światło jest emitowane tylko w skwantowanych porcjach, to już Einstein wierzył, że światło istnieje tylko w postaci skwantowanych porcji. Z prawa zachowania energii, gdy światło jest reprezentowane w postaci cząstek (fotonów), wynika wzór Einsteina na efekt fotoelektryczny:

gdzie – tzw. funkcja pracy (minimalna energia potrzebna do usunięcia elektronu z substancji), to energia kinetyczna emitowanego elektronu, to częstotliwość padania fotonu z energią, to stała Plancka. Z tego wzoru wynika istnienie czerwonej granicy efektu fotoelektrycznego, czyli istnienie najniższej częstotliwości, poniżej której energia fotonu nie jest już wystarczająca do „wybicia” elektronu z ciała. Istota wzoru polega na tym, że energia fotonu jest zużywana na jonizację atomu substancji, czyli na pracę niezbędną do „wyciągnięcia” elektronu, a pozostała część zamieniana jest na energię kinetyczną elektron.

Efekt Comptona

Główny artykuł: Efekt Comptona

Metody pomiarowe

Korzystanie z praw efektu fotoelektrycznego

W tej metodzie pomiaru stałej Plancka stosuje się prawo Einsteina dotyczące efektu fotoelektrycznego:

gdzie jest maksymalna energia kinetyczna fotoelektronów emitowanych z katody,

Częstotliwość padającego światła, - tzw. praca wyjścia elektronu.

Pomiar przeprowadza się w następujący sposób. Najpierw katoda fotokomórki jest naświetlana światłem monochromatycznym o określonej częstotliwości, podczas gdy do fotokomórki przykładane jest napięcie blokujące, tak że prąd płynący przez fotokomórkę zatrzymuje się. W tym przypadku zachodzi następująca zależność, która wynika bezpośrednio z prawa Einsteina:

gdzie jest ładunek elektronu.

Następnie ta sama fotokomórka jest naświetlana światłem monochromatycznym o określonej częstotliwości iw ten sam sposób blokowana napięciem

Odejmując drugie wyrażenie wyraz po wyrazie od pierwszego, otrzymujemy

skąd wynika

Analiza widma bremsstrahlunga

Ta metoda jest uważana za najdokładniejszą z istniejących. Wykorzystuje się fakt, że widmo częstotliwości promieniowania rentgenowskiego bremsstrahlung ma ostrą górną granicę, zwaną fioletową granicą. Jego istnienie wynika z kwantowych właściwości promieniowania elektromagnetycznego i prawa zachowania energii. Naprawdę,

gdzie jest prędkość światła,

Długość fali promieniowania rentgenowskiego, - ładunek elektronu, - napięcie przyspieszające między elektrodami lampy rentgenowskiej.

Wtedy stała Plancka wynosi

Notatki

1. 1 2 3 4 Podstawowe stałe fizyczne — pełna lista
2. W sprawie ewentualnej przyszłej rewizji Międzynarodowego Układu Jednostek Miar, SI. Uchwała 1 z 24. posiedzenia CGPM (2011).
3. Porozumienie o związaniu kilograma i przyjaciół z podstawami - fizyka-matematyka - 25 października 2011 r. - New Scientist

Literatura

• Johna D. Barrowa. Stałe natury; Od alfa do omegi - liczby, które kodują najgłębsze tajemnice wszechświata. - Księgi Panteonu, 2002. - ISBN 0-37-542221-8 .
• Steiner R. Historia i postęp w dokładnych pomiarach stałej Plancka // Raporty o postępach w fizyce. - 2013. - Cz. 76. - str. 016101.

Spinki do mankietów

• Yu K. Zemtsov, Wykłady z fizyki atomowej, analiza wymiarowa
• Historia udoskonalania stałej Plancka
• Odniesienie NIST do stałych, jednostek i niepewności

stały słupek, ile równy jest stały słupek

Stała informacja Plancka o

Stała Plancka wyznacza granicę między makrokosmosem, w którym obowiązują prawa mechaniki Newtona, a mikrokosmosem, w którym obowiązują prawa mechaniki kwantowej.

Max Planck, jeden z twórców mechaniki kwantowej, wpadł na pomysł kwantowania energii, próbując teoretycznie wyjaśnić proces interakcji między niedawno odkrytymi falami elektromagnetycznymi ( cm. równania Maxwella) i atomy, a tym samym rozwiązać problem promieniowania ciała doskonale czarnego. Zdał sobie sprawę, że aby wyjaśnić obserwowane widmo emisyjne atomów, należy przyjąć za pewnik, że atomy emitują i pochłaniają energię porcjami (co naukowiec nazwał kwanty) i tylko przy określonych częstotliwościach fal. Energia przenoszona przez jeden kwant jest równa:

Gdzie w jest częstotliwością promieniowania i H — elementarna kwantowość działania, która jest nową uniwersalną stałą, która wkrótce otrzymała nazwę stała Plancka. Planck jako pierwszy obliczył jego wartość na podstawie danych eksperymentalnych h = 6,548 × 10-34 Js (SI); według współczesnych danych h = 6,626 × 10 -34 J s. W związku z tym każdy atom może emitować szeroki zakres wzajemnie połączonych dyskretnych częstotliwości, które zależą od orbit elektronów w atomie. Wkrótce Niels Bohr stworzy spójny, choć uproszczony model atomu Bohra, zgodny z rozkładem Plancka.

Po opublikowaniu swoich wyników pod koniec 1900 roku, sam Planck - a wynika to z jego publikacji - początkowo nie wierzył, że kwanty są rzeczywistością fizyczną, a nie wygodnym modelem matematycznym. Kiedy jednak pięć lat później Albert Einstein opublikował artykuł wyjaśniający efekt fotoelektryczny na podstawie kwantyzacja energii promieniowania, w kręgach naukowych wzór Plancka nie był już postrzegany jako gra teoretyczna, ale jako opis rzeczywistego zjawiska fizycznego na poziomie subatomowym, dowodzący kwantowej natury energii.

Stała Plancka pojawia się we wszystkich równaniach i wzorach mechaniki kwantowej. W szczególności określa skale, od których zaczyna obowiązywać zasada nieoznaczoności Heisenberga. Z grubsza mówiąc, stała Plancka wskazuje nam dolną granicę wielkości przestrzennych, po przekroczeniu której nie można pominąć efektów kwantowych. Dla ziaren piasku, powiedzmy, niepewność iloczynu ich liniowego rozmiaru i prędkości jest tak mała, że ​​można ją zaniedbać. Innymi słowy, stała Plancka wyznacza granicę między makrokosmosem, w którym obowiązują prawa mechaniki Newtona, a mikrokosmosem, w którym obowiązują prawa mechaniki kwantowej. Uzyskana tylko dla teoretycznego opisu pojedynczego zjawiska fizycznego, stała Plancka stała się wkrótce jedną z podstawowych stałych fizyki teoretycznej, wyznaczoną przez samą naturę wszechświata.

Zobacz też:

Max Karl Ernst Ludwig Plank, 1858-1947

niemiecki fizyk. Urodzony w Kilonii w rodzinie profesora prawa. Jako pianista-wirtuoz Planck w młodości zmuszony był dokonać trudnego wyboru między nauką a muzyką (podobno przed I wojną światową pianista Max Planck często komponował w wolnym czasie bardzo profesjonalny duet klasyczny ze skrzypkiem Albertem Einsteinem. — Notatka. tłumacz) Planck obronił pracę doktorską z drugiej zasady termodynamiki w 1889 roku na Uniwersytecie w Monachium – i w tym samym roku został nauczycielem, a od 1892 – profesorem na Uniwersytecie w Berlinie, gdzie pracował aż do przejścia na emeryturę w 1928 roku. Planck jest słusznie uważany za jednego z ojców mechaniki kwantowej. Dziś jego imię nosi cała sieć niemieckich instytutów badawczych.

Tablica pamiątkowa Maxa Plancka na cześć odkrycia stałej Plancka na fasadzie Uniwersytetu Humboldta w Berlinie. Napis głosi: „W tym budynku wykładał Max Planck, który wynalazł elementarne kwantowe działania. H, od 1889 do 1928”. - elementarny kwant działania, podstawowa wielkość fizyczna odzwierciedlająca kwantową naturę Wszechświata. Całkowity moment pędu układu fizycznego może zmienić się tylko o wielokrotność stałej Plancka. W mechanice kwantowej wielkości fizyczne wyraża się w postaci stałej Plancka.
Stała Plancka jest oznaczona literą łacińską H. Ma wymiar energii pomnożonej przez czas.
Częściej używany Stała sumaryczna Plancka

Oprócz tego, że jest wygodny do stosowania we wzorach mechaniki kwantowej, ma specjalne oznaczenie, nie można go z niczym pomylić.
W układzie SI stała Plancka ma następujące znaczenie:
Do obliczeń w fizyce kwantowej wygodniej jest posługiwać się wartością stałej sumarycznej Plancka, wyrażonej w elektronowoltach.
Max Planck wprowadził swoją stałą do wyjaśnienia widma promieniowania ciała całkowicie czarnego, zakładając, że ciało emituje fale elektromagnetyczne porcjami (kwantami) o energii proporcjonalnej do częstotliwości (H?). W 1905 roku Einstein wykorzystał to założenie do wyjaśnienia efektu fotoelektrycznego, postulując, że fale elektromagnetyczne są pochłaniane w impulsach energii proporcjonalnych do częstotliwości. Tak narodziła się mechanika kwantowa, w której słuszność obaj nobliści wątpili przez całe życie.

W niniejszym artykule na podstawie koncepcji fotonu ujawniono fizyczną istotę „stałej fundamentalnej” stałej Plancka. Podano argumenty pokazujące, że stała Plancka jest typowym parametrem fotonu, który jest funkcją jego długości fali.

Wstęp. Koniec XIX - początek XX wieku charakteryzował się kryzysem fizyki teoretycznej, spowodowanym niezdolnością metod fizyki klasycznej do uzasadnienia szeregu problemów, z których jednym była „katastrofa ultrafioletowa”. Istota tego problemu polegała na tym, że przy ustalaniu prawa rozkładu energii w widmie promieniowania ciała absolutnie czarnego metodami fizyki klasycznej gęstość widmowa energii promieniowania powinna rosnąć w nieskończoność wraz ze skracaniem się długości fali promieniowania. W rzeczywistości problem ten wykazał, jeśli nie wewnętrzną niekonsekwencję fizyki klasycznej, to w każdym razie niezwykle ostrą rozbieżność z elementarnymi obserwacjami i eksperymentem.

Badania właściwości promieniowania ciała doskonale czarnego, które trwały prawie czterdzieści lat (1860-1900), zakończyły się hipotezą Maxa Plancka, że ​​energia dowolnego układu mi podczas emitowania lub pochłaniania częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego ν (\ Displaystyle ~ \ nu ) może zmienić się tylko o wielokrotność energii kwantowej:

mi γ = hν (\ Displaystyle ~ E = h \ nu ) . (1) (\ displaystyle ~ h)

Współczynnik proporcjonalności H w wyrażeniu (1) wszedł do nauki pod nazwą „stała Plancka”, stając się stała podstawowa teoria kwantowa .

Problem ciała doskonale czarnego powrócił w 1905 roku, kiedy Rayleigh i Jeans z jednej strony i Einstein z drugiej strony niezależnie udowodnili, że klasyczna elektrodynamika nie może uzasadnić obserwowanego widma promieniowania. Doprowadziło to do tak zwanej „katastrofy ultrafioletowej”, nazwanej tak przez Ehrenfesta w 1911 roku. Wysiłki teoretyków (wraz z pracą Einsteina nad efektem fotoelektrycznym) doprowadziły do ​​uznania, że ​​postulat Plancka dotyczący kwantowania poziomów energetycznych nie jest prostym matematycznym formalizm, ale ważny element wyobrażeń o rzeczywistości fizycznej.

Dalszy rozwój idei kwantowych Plancka - uzasadnienie efektu fotoelektrycznego za pomocą hipotezy kwantów światła (A. Einstein, 1905), postulat w teorii atomu Bohra kwantowanie momentu pędu elektronu w atomie (N. Bohr, 1913 ), odkrycie związku de Broglie'a między masą cząstki a jej długością fali (L. De Broglie, 1921), a następnie stworzenie mechaniki kwantowej (1925 - 26) i ustalenie fundamentalnych relacji niepewności między pędem a współrzędną i między energią a czasem (W. Heisenberg, 1927) doprowadziły do ​​ustalenia podstawowego statusu stałej Plancka w fizyce.

Współczesna fizyka kwantowa również przestrzega tego punktu widzenia: „W przyszłości stanie się dla nas jasne, że wzór E / ν \u003d h wyraża podstawową zasadę fizyki kwantowej, a mianowicie związek między energią a częstotliwością, który ma charakter uniwersalny: E \u003d hν. To powiązanie jest zupełnie obce fizyce klasycznej, a stała mistyczna h jest przejawem niezrozumiałych wówczas tajemnic natury.

W tym samym czasie istniało alternatywne spojrzenie na stałą Plancka: „Podręczniki mechaniki kwantowej mówią, że fizyka klasyczna to fizyka, w której H równa się zeru. Ale w rzeczywistości stała Plancka H - to nic innego jak wielkość, która właściwie definiuje pojęcie dobrze znane w klasycznej fizyce żyroskopu. Wyjaśnienie dla adeptów studiujących fizykę, że H ≠ 0 jest zjawiskiem czysto kwantowym, które nie ma odpowiednika w fizyce klasycznej, było jednym z głównych elementów mających na celu umocnienie przekonania o konieczności mechaniki kwantowej.”

Tak więc poglądy fizyków teoretyków na temat stałej Plancka były podzielone. Z jednej strony ekskluzywność i mistyfikacja, z drugiej próba nadania fizycznej interpretacji nie wychodzącej poza ramy fizyki klasycznej. Ta sytuacja utrzymuje się w fizyce w chwili obecnej i będzie się utrzymywać, dopóki nie zostanie ustalona fizyczna istota tej stałej.

Istota fizyczna stałej Plancka. Planck zdołał obliczyć wartość H z danych eksperymentalnych dotyczących promieniowania ciała doskonale czarnego: jej wynik wyniósł 6,55 · 10 −34 J s, z dokładnością do 1,2% obecnie przyjętej wartości , jednak dla uzasadnienia fizycznej istoty stałej H nie mógł. Ujawnianie fizycznej istoty jakichkolwiek zjawisk nie jest charakterystyczne dla mechaniki kwantowej: „Przyczyną kryzysu w określonych dziedzinach nauki jest ogólna niezdolność współczesnej fizyki teoretycznej do zrozumienia fizycznej istoty zjawisk, do ujawnienia wewnętrznego mechanizmu zjawisk , strukturę formacji materialnych i pól interakcji, aby zrozumieć związki przyczynowo-skutkowe między elementami, zjawiskami”. Dlatego poza mitologią nie mogła sobie wyobrazić nic innego w tej materii. Ogólnie rzecz biorąc, poglądy te znajdują odzwierciedlenie w pracy: „Stała Plancka H jako fakt fizyczny oznacza istnienie najmniejszej, nieredukowalnej i niekurczliwej skończonej ilości działań w przyrodzie. Jako niezerowy komutator dla dowolnej pary wielkości dynamicznych i kinematycznych, które tworzą wymiar działania przez ich iloczyn, stała Plancka generuje właściwość nieprzemienności dla tych wielkości, która z kolei jest pierwotnym i nieusuwalnym źródłem nieuchronnie probabilistycznego opis rzeczywistości fizycznej w dowolnych przestrzeniach dynamiki i kinematyki. Stąd uniwersalność i uniwersalność fizyki kwantowej”.

W przeciwieństwie do poglądów zwolenników fizyki kwantowej na temat natury stałej Plancka, ich przeciwnicy byli bardziej pragmatyczni. Fizyczne znaczenie ich pomysłów zostało sprowadzone do „obliczenia metodami mechaniki klasycznej wartości głównego momentu pędu elektronu P e (pęd związany z obrotem elektronu wokół własnej osi) i uzyskanie matematycznego wyrażenia na stałą Plancka” H » przez znane podstawowe stałe.” Z którego podmiot fizyczny został uzasadniony: „ stała Plancka « H » jest równe rozmiar klasyczny główny moment pędu elektronu (związany z obrotem elektronu wokół własnej osi), pomnożony przez 4 P. ”

Błędność tych poglądów polega na niezrozumieniu natury cząstek elementarnych i pochodzenia pojawienia się stałej Plancka. Elektron jest elementem strukturalnym atomu substancji, który ma swój własny cel funkcjonalny - tworzenie właściwości fizykochemicznych atomów substancji. Nie może zatem pełnić roli nośnika promieniowania elektromagnetycznego, tj. hipoteza Plancka o przekazywaniu energii przez kwant elektronowi nie ma zastosowania.

Aby uzasadnić fizyczną istotę stałej Plancka, rozważmy ten problem w aspekcie historycznym. Z powyższego wynika, że ​​rozwiązaniem problemu „katastrofy ultrafioletowej” była hipoteza Plancka, że ​​promieniowanie ciała doskonale czarnego zachodzi porcjami, czyli kwantami energii. Wielu ówczesnych fizyków początkowo zakładało, że kwantowanie energii jest wynikiem jakiejś nieznanej właściwości materii, która pochłania i emituje fale elektromagnetyczne. Jednak już w 1905 roku Einstein rozwinął ideę Plancka, zakładając, że kwantowanie energii jest właściwością samego promieniowania elektromagnetycznego. Opierając się na hipotezie kwantów światła, wyjaśnił szereg wzorców efektu fotoelektrycznego, luminescencji i reakcji fotochemicznych.

Słuszność hipotezy Einsteina została eksperymentalnie potwierdzona badaniami efektu fotoelektrycznego R. Millikana (1914-1916) oraz badaniami rozpraszania promieniowania rentgenowskiego przez elektrony A. Comptona (1922-1923). W ten sposób możliwe stało się traktowanie kwantu światła jako cząstki elementarnej, podlegającej tym samym prawom kinematyki, co cząstki materii.

W 1926 roku Lewis zaproponował termin „foton” dla tej cząstki, który został przyjęty przez społeczność naukową. Według współczesnych koncepcji foton jest cząstką elementarną, kwantem promieniowania elektromagnetycznego. Masa spoczynkowa fotonu M g wynosi zero (ograniczenie eksperymentalne M G<5 . 10 -60 г), и поэтому его скорость равна скорости света . Электрический заряд фотона также равен нулю .

Jeżeli foton jest kwantem (nośnikiem) promieniowania elektromagnetycznego, to jego ładunek elektryczny nie może być w żaden sposób równy zeru. Niespójność tej reprezentacji fotonu stała się jedną z przyczyn niezrozumienia fizycznej istoty stałej Plancka.

Nierozwiązywalne uzasadnienie fizycznej istoty stałej Plancka w ramach istniejących teorii fizycznych umożliwia przezwyciężenie koncepcji eterodynamicznej opracowanej przez V.A. Atsukovsky'ego.

W modelach eterodynamicznych cząstki elementarne są interpretowane jako zamknięte formacje wirowe(pierścienie), w ścianach których eter jest znacznie zagęszczony, a cząstki elementarne, atomy i cząsteczki są strukturami łączącymi takie wiry. Istnienie ruchu pierścieniowego i spiralnego odpowiada występowaniu momentu mechanicznego (spinu) w cząstce skierowanej wzdłuż osi jej ruchu swobodnego.

Zgodnie z tą koncepcją foton jest strukturalnie zamkniętym wirem toroidalnym z pierścieniowym ruchem torusa (jak koła) i ruchem spiralnym wewnątrz niego. Źródłem generacji fotonów jest para proton-elektron atomów materii. W wyniku wzbudzenia, ze względu na symetrię swojej budowy, każda para proton-elektron generuje dwa fotony. Eksperymentalnym potwierdzeniem tego jest proces anihilacji elektronu i pozytonu.

Foton jest jedyną cząstką elementarną, która charakteryzuje się trzema rodzajami ruchu: ruchem obrotowym wokół własnej osi obrotu, ruchem prostoliniowym w zadanym kierunku oraz ruchem obrotowym o określonym promieniu R względem osi ruchu liniowego. Ostatni ruch jest interpretowany jako ruch wzdłuż cykloidy. Cykloida jest funkcją okresową wzdłuż odciętej z kropką 2π R (\ displaystyle 2 \ pi r) /…. W przypadku fotonu okres cykloidalny jest interpretowany jako długość fali λ , co jest argumentem wszystkich innych parametrów fotonu.

Z drugiej strony długość fali jest także jednym z parametrów promieniowania elektromagnetycznego: zaburzeniem (zmianą stanu) pola elektromagnetycznego rozchodzącego się w przestrzeni. Dla którego długość fali jest odległością między dwoma najbliższymi sobie punktami w przestrzeni, w których oscylacje występują w tej samej fazie.

Stąd wynika znacząca różnica w pojęciach długości fali dla fotonu i ogólnie promieniowania elektromagnetycznego.

W przypadku fotonu długość fali i częstotliwość są powiązane zależnością

ν = u γ / λ, (2)

Gdzie ty γ jest prędkością prostoliniowego ruchu fotonu.

Foton jest pojęciem odnoszącym się do rodziny (zbioru) cząstek elementarnych połączonych wspólnymi znakami istnienia. Każdy foton charakteryzuje się określonym zestawem cech, z których jedną jest długość fali. Jednocześnie, biorąc pod uwagę współzależność tych cech od siebie, w praktyce wygodne stało się przedstawienie charakterystyki (parametrów) fotonu jako funkcji jednej zmiennej. Długość fali fotonu określono jako zmienną niezależną.

Znana wartość ty λ = 299 792 458 ± 1,2 / zdefiniowane jako prędkość światła. Wartość tę uzyskał K. Ivenson i jego współpracownicy w 1972 r., używając wzorca częstotliwości cezu lasera CH 4 i kryptonu, jego długości fali (około 3,39 μm). Tak więc formalnie prędkość światła definiuje się jako prostoliniową prędkość fotonów o długości fali λ = 3,39 10 -6 m. Teoretycznie (\displaystyle 2\pi r)/… ustalono, że prędkość (prostoliniowych) fotonów jest zmienna i nieliniowa, tj. u λ = F( λ). Eksperymentalnym potwierdzeniem tego są prace związane z badaniami i rozwojem standardów częstotliwości lasera (\displaystyle 2\pi r)/…. Z wyników tych badań wynika, że ​​wszystkie fotony dla których λ < 3,39 10 -6 m porusza się szybciej niż prędkość światła. Graniczna prędkość fotonów (zakres gamma) to druga prędkość dźwięku eteru 3 10 8 m/s (\displaystyle 2\pi r)/….

Badania te pozwalają na wyciągnięcie jeszcze jednego istotnego wniosku, że zmiana prędkości fotonów w rejonie ich istnienia nie przekracza ≈ 0,1%. Tak stosunkowo niewielka zmiana prędkości fotonów w obszarze ich istnienia pozwala mówić o prędkości fotonów jako o wartości quasi-stałej.

Foton jest cząstką elementarną, której niezbywalnymi właściwościami są masa i ładunek elektryczny. Eksperymenty Erengafta dowiodły, że ładunek elektryczny fotonu (podelektronu) ma widmo ciągłe, a z eksperymentów Millikana wynika, że ​​dla fotonu rentgenowskiego o długości fali około 10 -9 m ładunek elektryczny wynosi 0,80108831 C (\ styl wyświetlania 2\pi r )/….

Zgodnie z pierwszą zmaterializowaną definicją fizycznej istoty ładunku elektrycznego: „ elementarny ładunek elektryczny jest proporcjonalny do masy rozłożonej na przekroju elementarnego wiru„ następuje po odwrotnym stwierdzeniu, że masa rozłożona na przekroju poprzecznym wiru jest proporcjonalna do ładunku elektrycznego. Z fizycznej natury ładunku elektrycznego wynika, że ​​masa fotonu również ma widmo ciągłe. Na podstawie podobieństwa strukturalnego cząstek elementarnych protonu, elektronu i fotonu wyznaczono wartości masy i promienia protonu (odpowiednio, m p = 1.672621637(83) 10 -27 kg, RP = 0,8751 10 -15 m (\displaystyle 2\pi r)/…), jak również przy założeniu, że gęstość eteru w tych cząstkach jest równa, masa fotonu szacowana jest na 10 -40 kg, a jego orbita kołowa promień wynosi 0,179◦10 −16 m, promień ciała fotonu (zewnętrzny promień torusa) mieści się przypuszczalnie w przedziale 0,01 - 0,001 promienia orbity kołowej, czyli około 10 -19 - 10 -20 M.

Na podstawie koncepcji krotności fotonów i zależności parametrów fotonu od długości fali oraz potwierdzonych eksperymentalnie faktów ciągłości widma ładunku elektrycznego i masy możemy przyjąć, że e λ , m λ = F ( λ ) , które mają charakter quasi-stałych.

Na podstawie powyższego możemy powiedzieć, że wyrażenie (1) ustalające zależność energii dowolnego układu podczas emisji lub absorpcji promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości ν (\ Displaystyle ~ \ nu ) to nic innego jak zależność między energią fotonów emitowanych lub pochłanianych przez ciało a częstotliwością (długością fali) tych fotonów. A stała Plancka to współczynnik korelacji. Takie przedstawienie związku między energią fotonu a jego częstotliwością usuwa ze stałej Plancka znaczenie jej uniwersalności i fundamentalności. W tym kontekście stała Plancka staje się jednym z parametrów fotonu, zależnym od długości fali fotonu.

Aby uzyskać pełny i wystarczający dowód tego twierdzenia, rozważmy aspekt energetyczny fotonu. Z danych eksperymentalnych wiadomo, że foton charakteryzuje się widmem energii, które ma nieliniową zależność: dla fotonów w podczerwieni Е λ = 0,62 eV dla λ = 2 10 -6 m, prześwietlenie Е λ = 124 eV dla λ = 10 -8 m, gamma Е λ = 124000 eV dla λ = 10 -11 m. Z natury ruchu fotonu wynika, że ​​na całkowitą energię fotonu składa się energia kinetyczna obrotu wokół własnej osi, energia kinetyczna obrotu po torze kołowym (cykloida) oraz energia ruchu prostoliniowego ruch:

mi λ = mi 0 λ + mi 1 λ+E 2 λ , (3)

gdzie E 0 λ = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ jest energią kinetyczną obrotu wokół własnej osi,

E 1 λ = m λ u λ 2 to energia ruchu prostoliniowego, E 2 λ = m λ R 2 λ ω 2 λ to energia kinetyczna obrotu po torze kołowym, gdzie r γ λ to promień ciała fotonu , R γ λ jest promieniem trajektorii kołowej , ω γ λ jest naturalną częstotliwością obrotu fotonu wokół osi, ω λ = ν jest kołową częstotliwością rotacji fotonu, m λ jest masą fotonu.

Energia kinetyczna fotonu na orbicie kołowej

mi 2 λ = m λ r 2 λ ω 2 λ = m λ r 2 λ (2π u λ / λ) 2 = m λ u λ 2 ◦ (2π r λ / λ) 2 = mi 1 λ ◦ (2π r λ /λ) 2 .

mi 2 λ = mi 1 λ ◦ (2π r λ / λ) 2 . (4)

Wyrażenie (4) pokazuje, że energia kinetyczna ruchu obrotowego po trajektorii kołowej jest częścią energii ruchu prostoliniowego, która zależy od promienia trajektorii kołowej i długości fali fotonu

(2π r λ / λ) 2 . (5)

Oszacujmy tę wartość. Dla fotonów w podczerwieni

(2π r λ / λ) 2 \u003d (2π 10 -19 m / 2 10 -6 m) 2 \u003d π 10 -13.

Dla fotonów z zakresu gamma

(2π r λ / λ) 2 \u003d (2π 10 -19 m / 2 10 -11 m) 2 \u003d π 10 -8.

Zatem w całym obszarze istnienia fotonu jego energia kinetyczna obrotu po trajektorii kołowej jest znacznie mniejsza niż energia ruchu prostoliniowego i można ją pominąć.

Oszacujmy energię ruchu prostoliniowego.

mi 1 λ \u003d m λ u λ 2 \u003d 10 -40 kg (3 10 8 m / s) 2 \u003d 0,9 10 -23 kg m 2 / s 2 \u003d 5,61 10 -5 eV.

Energia prostoliniowego ruchu fotonu w bilansie energetycznym (3) jest znacznie mniejsza niż całkowita energia fotonu np. w zakresie podczerwieni (5,61 10 -5 eV< 0,62 эВ), что указывает на то, что полная энергия фотона фактически определяется собственной кинетической энергией вращения вокруг оси фотона.

Tak więc, biorąc pod uwagę małość energii ruchu prostoliniowego i ruchu po trajektorii kołowej, możemy to powiedzieć widmo energetyczne fotonu składa się z widma jego własnych energii kinetycznych obrotu wokół osi fotonu.

Dlatego wyrażenie (1) można przedstawić jako

mi 0 λ = hν ,

tj. (\ Displaystyle ~ E = h \ nu )

m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ = H ν . (6)

H = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ν = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ω λ . (7)

Wyrażenie (7) można przedstawić w następującej postaci

H = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ω λ = (m λ r 2 γ λ) ω 2 γ λ / ω λ = k λ (λ) ω 2 γ λ / ω λ .

H = k λ (λ) ω 2 γ λ / ω λ . (8)

Gdzie k λ (λ) = m λ r 2 γ λ jest pewną quasi-stałą.

Oszacujmy wartości własnych częstotliwości rotacji fotonów wokół osi: np.

Dla λ = 2 10 -6 m (zasięg podczerwieni)

ω 2 γ ja = mi 0i / m ja r 2 γ ja \u003d 0,62 1,602 10-19 J / (10 -40 kg 10 -38 m 2) \u003d 0,99 · 1059 s -2,

ω γ i = 3,14 10 29 obr./min.

Dla λ = 10 -11 m (gama)

ω γ i = 1,4 · 10 · 32 obr./min.

Oszacujmy stosunek ω 2 γ λ / ω λ dla fotonów podczerwonych i gamma. Po podstawieniu powyższych danych otrzymujemy:

Dla λ = 2 10 -6 m (zakres podczerwieni) - ω 2 γ λ / ω λ \u003d 6,607 10 44,

Dla λ = 10 -11 m (zakres gamma) - ω 2 γ λ / ω λ \u003d 6,653 10 44.

Oznacza to, że wyrażenie (8) pokazuje, że stosunek kwadratu częstotliwości rotacji własnej fotonu do rotacji po torze kołowym jest wartością quasi-stałą dla całego obszaru istnienia fotonu. W tym przypadku wartość częstotliwości obrotu własnego fotonu w obszarze jego występowania zmienia się o trzy rzędy wielkości. Z czego wynika, że ​​stała Plancka ma charakter quasi-stałej.

Przekształcamy wyrażenie (6) w następujący sposób

m λ r 2 γ λ ω γ λ ω γ λ = H ω λ .

M =H ω λ / ω γ λ , (9)

gdzie M = m λ r 2 γ λ ω γ λ jest wewnętrznym momentem żyroskopowym fotonu.

Z wyrażenia (9) wynika fizyczna istota stałej Plancka: Stała Plancka jest współczynnikiem proporcjonalności, który określa zależność między własnym momentem żyroskopowym fotonu a stosunkiem częstotliwości rotacji (wzdłuż trajektorii kołowej i własnej), która ma charakter quasi-stałą w całym obszarze istnienia fotonu.

Przekształcamy wyrażenie (7) w następujący sposób

H = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ω λ = m λ r 2 γ λ m λ r 2 γ λ R 2 λ ω 2 γ λ / (m λ r 2 γ λ R 2 λ ω λ) =

= (m λ r 2 γ λ ω γ λ) 2 R 2 λ / (m λ R 2 λ ω λ r 2 γ λ) = M 2 γ λ R 2 λ / M λ r 2 γ λ ,

H = (M 2 γ λ / M λ) (R 2 λ / r 2 γ λ),

H ( r 2 γ λ /R 2 λ), = (M2γλ / Mλ) (10)

Wyrażenie (10) pokazuje również, że stosunek kwadratu wewnętrznego momentu żyroskopowego fotonu do żyroskopowego momentu ruchu po trajektorii kołowej (cykloida) jest wartością quasi-stałą w całym obszarze istnienia fotonu i wynosi określone przez wyrażenie H ( r 2 γ λ / R 2 λ).