konštantný pruh, čomu sa rovná konštantný pruh
Konštantný Planck(kvantum akcie) - hlavná konštanta kvantovej teórie, koeficient, ktorý dáva do súvisu množstvo energie kvanta elektromagnetického žiarenia s jeho frekvenciou, ako aj vo všeobecnosti množstvo kvanta energie akéhokoľvek lineárneho oscilačného fyzikálneho systému s jeho frekvenciou. frekvencia. Spája energiu a hybnosť s frekvenciou a priestorovou frekvenciou, akcie s fázou. Je to kvantum momentu hybnosti. Prvýkrát ho spomína Planck vo svojej práci o tepelnom žiarení, a preto ho pomenoval. Zvyčajné označenie je latinčina. J s erg s. eV s.

Často používaná hodnota:

J s, erg s, eV s,

nazývaná redukovaná (niekedy racionalizovaná alebo redukovaná) Planckova konštanta alebo Diracova konštanta. Použitie tohto zápisu zjednodušuje mnohé vzorce kvantovej mechaniky, pretože tradičná Planckova konštanta vstupuje do týchto vzorcov vo forme delenej konštantou.

Na 24. generálnej konferencii pre váhy a miery v dňoch 17. – 21. októbra 2011 bolo jednomyseľne prijaté uznesenie, v ktorom sa najmä v budúcej revízii Medzinárodnej sústavy jednotiek (SI) navrhlo predefinovať jednotky SI takým spôsobom, že Planckova konštanta sa presne rovnala 6,62606X·10−34 J·s, kde X nahrádza jednu alebo viacero významných číslic, ktoré sa majú určiť v budúcnosti na základe najlepších odporúčaní CODATA. V rovnakom rozlíšení bolo navrhnuté rovnakým spôsobom určiť presné hodnoty Avogadrovej konštanty, elementárneho náboja a Boltzmannovej konštanty.

• 1 Fyzický význam
• 2 História objavov
  • 2.1 Planckov vzorec pre tepelné žiarenie
  • 2.2 Fotoelektrický jav
  • 2.3 Comptonov efekt
• 3 Metódy merania
  • 3.1 Použitie zákonov fotoelektrického javu
  • 3.2 Analýza spektra brzdného žiarenia
• 4 Poznámky
• 5 Literatúra
• 6 Odkazy

fyzický význam

V kvantovej mechanike má hybnosť fyzikálny význam vlnový vektor, energia - frekvencie a akčné - vlnové fázy, avšak tradične (historicky) mechanické veličiny sa merajú v iných jednotkách (kg m/s, J, J s) ako napr. zodpovedajúca vlna (m −1, s −1, bezrozmerné fázové jednotky). Planckova konštanta hrá úlohu konverzného faktora (vždy rovnakého) spájajúceho tieto dva systémy jednotiek – kvantový a tradičný:

(hybnosť) (energia) (akcia)

Ak by bol systém fyzikálnych jednotiek vytvorený už po nástupe kvantovej mechaniky a prispôsobený na zjednodušenie základných teoretických vzorcov, Planckova konštanta by sa pravdepodobne jednoducho rovnala jednej alebo aspoň okrúhlejšiemu číslu. V teoretickej fyzike sa na zjednodušenie vzorcov často používa c systém jednotiek, v ktorých

.

Planckova konštanta má tiež jednoduchú hodnotiacu úlohu pri rozlišovaní medzi oblasťami použiteľnosti klasickej a kvantovej fyziky: v porovnaní s veľkosťou pôsobenia alebo hodnotami momentu hybnosti charakteristickými pre uvažovaný systém alebo súčinmi charakteristickej hybnosti podľa charakteristická veľkosť, alebo charakteristická energia podľa charakteristického času, ukazuje, ako použiteľná pre daný fyzikálny systém klasická mechanika. Totiž, ak je činnosť systému a je jeho moment hybnosti, potom je správanie systému opísané s dobrou presnosťou klasickou mechanikou. Tieto odhady pomerne priamo súvisia s Heisenbergovými vzťahmi neurčitosti.

História objavov

Planckov vzorec pre tepelné žiarenie

Hlavný článok: Planckov vzorec

Planckov vzorec je vyjadrením spektrálnej výkonovej hustoty žiarenia z čierneho telesa, ktorú pre rovnovážnu hustotu žiarenia získal Max Planck. Planckov vzorec bol získaný po tom, čo sa ukázalo, že Rayleigh-Jeansov vzorec uspokojivo opisuje žiarenie len v oblasti dlhých vĺn. V roku 1900 Planck navrhol vzorec s konštantou (neskôr nazývanou Planckova konštanta), ktorý dobre súhlasil s experimentálnymi údajmi. Planck zároveň veril, že tento vzorec je len úspešným matematickým trikom, ale nemá žiadny fyzikálny význam. To znamená, že Planck nepredpokladal, že elektromagnetické žiarenie je emitované vo forme oddelených častí energie (kvant), ktorých veľkosť súvisí s frekvenciou žiarenia výrazom:

Následne bol vyvolaný faktor proporcionality Planckova konštanta, = 1,054 10-34 J s.

fotoelektrický efekt

Hlavný článok: fotoelektrický efekt

Fotoelektrický efekt je emisia elektrónov látkou pod vplyvom svetla (a všeobecne povedané akéhokoľvek elektromagnetického žiarenia). kondenzované látky (tuhé a kvapalné) vyžarujú vonkajší a vnútorný fotoelektrický efekt.

Fotoelektrický jav vysvetlil v roku 1905 Albert Einstein (za čo dostal v roku 1921 Nobelovu cenu vďaka nominácii švédskeho fyzika Oseena) na základe Planckovej hypotézy o kvantovej povahe svetla. Einsteinova práca obsahovala dôležitú novú hypotézu - ak Planck navrhol, že svetlo je vyžarované iba v kvantovaných častiach, potom už Einstein veril, že svetlo existuje len vo forme kvantovaných častí. Zo zákona zachovania energie, keď je svetlo reprezentované vo forme častíc (fotónov), vyplýva Einsteinov vzorec pre fotoelektrický jav:

kde - tzv. pracovná funkcia (minimálna energia potrebná na odstránenie elektrónu z látky), je kinetická energia emitovaného elektrónu, je frekvencia dopadajúceho fotónu s energiou, je Planckova konštanta. Z tohto vzorca vyplýva existencia červeného okraja fotoelektrického javu, teda existencia najnižšej frekvencie, pod ktorou už energia fotónu nestačí na „vyradenie“ elektrónu z tela. Podstatou vzorca je, že energia fotónu sa vynakladá na ionizáciu atómu látky, to znamená na prácu potrebnú na „vytiahnutie“ elektrónu, a zvyšok sa premení na kinetickú energiu elektrón.

Comptonov efekt

Hlavný článok: Comptonov efekt

Metódy merania

Použitie zákonov fotoelektrického javu

Pri tejto metóde merania Planckovej konštanty sa používa Einsteinov zákon pre fotoelektrický efekt:

kde je maximálna kinetická energia fotoelektrónov emitovaných z katódy,

Frekvencia dopadajúceho svetla, - tzv. pracovná funkcia elektrónu.

Meranie sa uskutočňuje nasledovne. Najprv sa katóda fotobunky ožiari monochromatickým svetlom s frekvenciou, pričom sa na fotobunku privedie blokovacie napätie, takže sa prúd cez fotobunku zastaví. V tomto prípade nastáva nasledujúci vzťah, ktorý vyplýva priamo z Einsteinovho zákona:

kde je elektrónový náboj.

Potom sa tá istá fotobunka ožiari monochromatickým svetlom s frekvenciou a rovnakým spôsobom sa uzamkne napätím

Odčítaním druhého výrazu člen po člene od prvého dostaneme

odkiaľ vyplýva

Analýza spektra brzdného žiarenia

Táto metóda sa považuje za najpresnejšiu z existujúcich. Využíva sa skutočnosť, že frekvenčné spektrum brzdného röntgenového žiarenia má ostrú hornú hranicu, ktorá sa nazýva fialová hranica. Jeho existencia vyplýva z kvantových vlastností elektromagnetického žiarenia a zákona o zachovaní energie. naozaj,

kde je rýchlosť svetla,

Vlnová dĺžka röntgenového žiarenia, - elektrónový náboj, - urýchľovacie napätie medzi elektródami rtg.

Potom je Planckova konštanta

Poznámky

1. 1 2 3 4 Základné fyzikálne konštanty – úplný zoznam
2. O možnej budúcej revízii Medzinárodnej sústavy jednotiek, SI. Uznesenie 1 z 24. schôdze CGPM (2011).
3. Dohoda o pripútaní kilogramov a priateľov k základom - fyzika-matematika - 25. október 2011 - New Scientist

Literatúra

• John D. Barrow. Prírodné konštanty; Od alfy k omege – čísla, ktoré kódujú najhlbšie tajomstvá vesmíru. - Pantheon Books, 2002. - ISBN 0-37-542221-8.
• Steiner R. História a pokrok v presných meraniach Planckovej konštanty // Reports on Progress in Physics. - 2013. - Zv. 76. - S. 016101.

Odkazy

• Yu K. Zemtsov, Prednášky o atómovej fyzike, rozmerová analýza
• História zdokonaľovania Planckovej konštanty
• Referencia NIST o konštantách, jednotkách a neistote

konštantný pruh, čomu sa rovná konštantný pruh

Planckove neustále informácie O

Planckova konštanta vymedzuje hranicu medzi makrokozmom, kde platia zákony Newtonovej mechaniky a mikrokozmom, kde platia zákony kvantovej mechaniky.

Max Planck, jeden zo zakladateľov kvantovej mechaniky, prišiel k myšlienke kvantovania energie a pokúsil sa teoreticky vysvetliť proces interakcie medzi nedávno objavenými elektromagnetickými vlnami ( cm. Maxwellove rovnice) a atómy, a tým vyriešiť problém žiarenia čierneho telesa. Uvedomil si, že na vysvetlenie pozorovaného emisného spektra atómov treba brať ako samozrejmosť, že atómy vyžarujú a absorbujú energiu po častiach (čo vedec nazval kvantá) a len pri určitých vlnových frekvenciách. Energia prenášaná jedným kvantom sa rovná:

kde v je frekvencia žiarenia a h — elementárne kvantum akcie,čo je nová univerzálna konštanta, ktorá čoskoro dostala meno Planckova konštanta. Planck ako prvý vypočítal jej hodnotu na základe experimentálnych údajov h = 6,548 x 10-34 Js (SI); podľa moderných údajov h = 6,626 × 10-34 J s. V súlade s tým môže každý atóm vyžarovať široký rozsah vzájomne prepojených diskrétnych frekvencií, ktoré závisia od dráh elektrónov v atóme. Niels Bohr čoskoro vytvorí koherentný, aj keď zjednodušený Bohrov model atómu v súlade s Planckovou distribúciou.

Po zverejnení svojich výsledkov na konci roku 1900 sám Planck - a to je zrejmé z jeho publikácií - najskôr neveril, že kvantá sú fyzikálnou realitou a nie vhodným matematickým modelom. Keď však Albert Einstein o päť rokov neskôr publikoval článok vysvetľujúci fotoelektrický efekt založený na kvantovanie energiežiarenia, vo vedeckých kruhoch už nebol Planckov vzorec vnímaný ako teoretická hra, ale ako opis reálneho fyzikálneho javu na subatomárnej úrovni, dokazujúci kvantovú povahu energie.

Planckova konštanta sa objavuje vo všetkých rovniciach a vzorcoch kvantovej mechaniky. Určuje najmä stupnice, z ktorých Heisenbergov princíp neurčitosti vstupuje do platnosti. Zhruba povedané, Planckova konštanta nám naznačuje spodnú hranicu priestorových veličín, po ktorej už nemožno ignorovať kvantové efekty. Pre zrnká piesku je neistota súčinu ich lineárnej veľkosti a rýchlosti taká malá, že ju možno zanedbať. Inými slovami, Planckova konštanta vykresľuje hranicu medzi makrokozmom, kde platia zákony Newtonovej mechaniky, a mikrokozmom, kde vstupujú do platnosti zákony kvantovej mechaniky. Planckova konštanta, ktorá bola získaná iba pre teoretický popis jedného fyzikálneho javu, sa čoskoro stala jednou zo základných konštánt teoretickej fyziky, ktorá bola určená samotnou povahou vesmíru.

Pozri tiež:

Max Karl Ernst Ludwig Plank, 1858-1947

Nemecký fyzik. Narodil sa v Kieli v rodine profesora právnej vedy. Ako virtuózny klavirista bol Planck v mladosti nútený urobiť ťažkú ​​voľbu medzi vedou a hudbou (hovorí sa, že pred prvou svetovou vojnou klavirista Max Planck vo svojom voľnom čase často zložil veľmi profesionálny klasický duet s huslistom Albertom Einsteinom. — Poznámka. prekladateľ Planck obhájil svoju doktorandskú prácu o druhom zákone termodynamiky v roku 1889 na univerzite v Mníchove - a v tom istom roku sa stal učiteľom a od roku 1892 - profesorom na univerzite v Berlíne, kde pôsobil až do svojho odchodu do dôchodku v roku 1928. Planck je právom považovaný za jedného z otcov kvantovej mechaniky. Dnes nesie jeho meno celá sieť nemeckých výskumných ústavov.

Pamätný znak Maxa Plancka na počesť objavu Planckovej konštanty na priečelí Humboldtovej univerzity v Berlíne. Nápis znie: „V tejto budove učil Max Planck, ktorý vynašiel elementárne kvantum akcie. h, od roku 1889 do roku 1928“. - elementárne kvantum pôsobenia, základná fyzikálna veličina, ktorá odráža kvantovú povahu Vesmíru. Celkový moment hybnosti fyzikálneho systému sa môže zmeniť iba o násobok Planckovej konštanty. Pokiaľ ide o kvantovú mechaniku, fyzikálne veličiny sa vyjadrujú pomocou Planckovej konštanty.
Planckova konštanta sa označuje latinským písmenom h. Má rozmer energie znásobený časom.
Bežnejšie používané Planckova súhrnná konštanta

Okrem toho, že je vhodný na použitie vo vzorcoch kvantovej mechaniky, má špeciálne označenie, nemôžete si ho s ničím zamieňať.
V sústave SI má Planckova konštanta nasledujúci význam:
Pre výpočty v kvantovej fyzike je vhodnejšie použiť hodnotu Planckovej súhrnnej konštanty, vyjadrenú v elektrónvoltoch.
Max Planck zaviedol svoju konštantu na vysvetlenie spektra žiarenia úplne čierneho telesa za predpokladu, že telo vyžaruje elektromagnetické vlny po častiach (kvantách) s energiou úmernou frekvencii. (h?). V roku 1905 Einstein použil tento predpoklad na vysvetlenie fotoelektrického efektu tým, že predpokladal, že elektromagnetické vlny sú absorbované v výbuchoch energie úmerných frekvencii. Tak sa zrodila kvantová mechanika, o platnosti ktorej obaja nositelia Nobelovej ceny celý život pochybovali.

V tomto článku je na základe konceptu fotónov odhalená fyzikálna podstata „základnej konštanty“ Planckovej konštanty. Sú uvedené argumenty, ktoré ukazujú, že Planckova konštanta je typickým parametrom fotónu, ktorý je funkciou jeho vlnovej dĺžky.

Úvod. Koniec 19. - začiatok 20. storočia sa niesol v znamení krízy teoretickej fyziky v dôsledku neschopnosti metód klasickej fyziky odôvodniť množstvo problémov, z ktorých jedným bola „ultrafialová katastrofa“. Podstatou tohto problému bolo, že pri stanovení zákona o rozdelení energie v spektre žiarenia absolútne čierneho telesa metódami klasickej fyziky mala spektrálna hustota energie žiarenia nekonečne narastať so skracovaním vlnovej dĺžky žiarenia. V skutočnosti tento problém ukázal, ak nie vnútorný nesúlad klasickej fyziky, tak v každom prípade mimoriadne ostrý nesúlad s elementárnymi pozorovaniami a experimentmi.

Štúdie vlastností žiarenia čierneho telesa, ktoré prebiehali takmer štyridsať rokov (1860-1900), vyvrcholili hypotézou Maxa Plancka, že energia akéhokoľvek systému E pri vyžarovaní alebo pohlcovaní frekvencie elektromagnetického žiarenia ν (\displaystyle ~\nu ) sa môže zmeniť iba o násobok kvantovej energie:

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

Faktor proporcionality h vo výraze (1) vstúpil do vedy pod názvom „Planckova konštanta“, stáva sa základná konštanta kvantová teória .

Problém čierneho telesa bol prehodnotený v roku 1905, keď Rayleigh a Jeans na jednej strane a Einstein na druhej strane nezávisle dokázali, že klasická elektrodynamika nemôže odôvodniť pozorované spektrum žiarenia. To viedlo k takzvanej "ultrafialovej katastrofe", ktorú označil Ehrenfest v roku 1911. Úsilie teoretikov (spolu s Einsteinovou prácou o fotoelektrickom jave) viedlo k poznaniu, že Planckov postulát kvantovania energetických hladín nie je jednoduchý matematický formalizmus, ale dôležitý prvok predstáv o fyzickej realite.

Ďalší vývoj Planckových kvantových predstáv - zdôvodnenie fotoelektrického javu pomocou hypotézy svetelných kvánt (A. Einstein, 1905), postulát v Bohrovej teórii atómu kvantovanie momentu hybnosti elektrónu v atóme (N. Bohr, 1913 ), objav de Broglieho vzťahu medzi hmotnosťou častice a jej dĺžkovými vlnami (L. De Broglie, 1921), a potom vytvorenie kvantovej mechaniky (1925 - 26) a stanovenie základných vzťahov neurčitosti medzi hybnosťou a súradnicou a medzi energiou a časom (W. Heisenberg, 1927) viedol k ustanoveniu základného statusu Planckovej konštanty vo fyzike.

Moderná kvantová fyzika sa tiež drží tohto hľadiska: „V budúcnosti nám bude jasné, že vzorec E / ν \u003d h vyjadruje základný princíp kvantovej fyziky, konkrétne vzťah medzi energiou a frekvenciou, ktorý má univerzálny znak: E \u003d hν. Toto spojenie je klasickej fyzike úplne cudzie a mystická konštanta h je prejavom v tom čase nepochopených záhad prírody.

Zároveň existoval aj alternatívny pohľad na Planckovu konštantu: „Učebnice o kvantovej mechanike hovoria, že klasická fyzika je fyzika, v ktorej h rovná sa nule. Ale v skutočnosti Planckova konštanta h - toto nie je nič iné ako veličina, ktorá v skutočnosti definuje pojem dobre známy v klasickej fyzike gyroskopu. Vysvetlenie pre adeptov študujúcich fyziku, že h ≠ 0 je čisto kvantový jav, ktorý nemá v klasickej fyzike obdobu, bol jedným z hlavných prvkov zameraných na posilnenie presvedčenia o nevyhnutnosti kvantovej mechaniky.“

Názory teoretických fyzikov na Planckovu konštantu sa teda rozdelili. Na jednej strane je tu jeho exkluzivita a mystifikácia a na druhej strane pokus o fyzikálny výklad, ktorý neprekračuje rámec klasickej fyziky. Táto situácia pretrváva vo fyzike v súčasnosti a bude pretrvávať, kým sa nepotvrdí fyzikálna podstata tejto konštanty.

Fyzikálna podstata Planckovej konštanty. Planckovi sa podarilo vypočítať hodnotu h z experimentálnych údajov o žiarení čierneho telesa: jeho výsledok bol 6,55 10 −34 J s, s presnosťou 1,2 % z aktuálne akceptovanej hodnoty, avšak na doloženie fyzikálnej podstaty konštanty h nemohol. Odhaľovanie fyzikálnej podstaty akýchkoľvek javov nie je pre kvantovú mechaniku charakteristické: „Dôvodom krízy v špecifických oblastiach vedy je všeobecná neschopnosť modernej teoretickej fyziky pochopiť fyzikálnu podstatu javov, odhaliť vnútorný mechanizmus javov. , štruktúru materiálnych útvarov a interakčných polí, aby sme pochopili vzťahy príčiny a následku medzi prvkami, javmi.“ Okrem mytológie si preto v tejto veci nevedela predstaviť nič iné. Vo všeobecnosti sa tieto názory odrážajú v diele: „Planckova konštanta h ako fyzikálny fakt znamená existenciu najmenšieho, neredukovateľného a nezmenšiteľného konečného množstva pôsobenia v prírode. Planckova konštanta ako nenulový komutátor pre akúkoľvek dvojicu dynamických a kinematických veličín, ktoré svojím súčinom tvoria rozmer akcie, generuje pre tieto veličiny vlastnosť nekomutativity, ktorá je zase primárnym a neodstrániteľným zdrojom nevyhnutne pravdepodobnostného opis fyzikálnej reality v akomkoľvek priestore dynamiky a kinematiky. Preto univerzálnosť a univerzálnosť kvantovej fyziky."

Na rozdiel od predstáv prívržencov kvantovej fyziky o povahe Planckovej konštanty boli ich odporcovia pragmatickejší. Fyzikálny význam ich myšlienok sa zredukoval na „výpočet hodnoty hlavného momentu hybnosti elektrónu metódami klasickej mechaniky. P e (hybnosť spojená s rotáciou elektrónu okolo vlastnej osi) a získanie matematického výrazu pre Planckovu konštantu " h "prostredníctvom známych základných konštánt." Z čoho bola fyzická entita doložená: „ Planckova konštanta « h » rovná sa veľkosť klasický hlavný moment hybnosti elektrónu (spojený s rotáciou elektrónu okolo vlastnej osi), vynásobený 4 p. ”

Omyl týchto názorov spočíva v nepochopení podstaty elementárnych častíc a pôvodu vzniku Planckovej konštanty. Elektrón je štruktúrny prvok atómu látky, ktorý má svoj vlastný funkčný účel - vytváranie fyzikálno-chemických vlastností atómov látky. Preto nemôže pôsobiť ako nosič elektromagnetického žiarenia, teda Planckova hypotéza o prenose energie kvantom na elektrón nie je použiteľná.

Aby sme podložili fyzikálnu podstatu Planckovej konštanty, uvažujme o tomto probléme z historického hľadiska. Z uvedeného vyplýva, že riešením problému „ultrafialovej katastrofy“ bola Planckova hypotéza, že vyžarovanie úplne čierneho telesa prebieha po častiach, t. j. energetických kvantách. Mnohí fyzici tej doby spočiatku predpokladali, že kvantovanie energie je výsledkom nejakej neznámej vlastnosti hmoty, ktorá pohlcuje a vyžaruje elektromagnetické vlny. Einstein však už v roku 1905 rozvinul Planckovu myšlienku, pričom predpokladal, že kvantovanie energie je vlastnosťou samotného elektromagnetického žiarenia. Na základe hypotézy svetelných kvánt vysvetlil množstvo vzorov fotoelektrického javu, luminiscencie a fotochemických reakcií.

Platnosť Einsteinovej hypotézy bola experimentálne potvrdená štúdiom fotoelektrického javu R. Millikanom (1914-1916) a štúdiom rozptylu röntgenového žiarenia elektrónmi A. Comptonom (1922-1923). Tak bolo možné považovať svetelné kvantum za elementárnu časticu podliehajúcu rovnakým kinematickým zákonom ako častice hmoty.

V roku 1926 Lewis navrhol pre túto časticu termín „fotón“, ktorý prijala vedecká komunita. Fotón je podľa moderných predstáv elementárna častica, kvantum elektromagnetického žiarenia. Kľudová hmotnosť fotónov m g je nula (experimentálne obmedzenie m g<5 . 10 -60 г), и поэтому его скорость равна скорости света . Электрический заряд фотона также равен нулю .

Ak je fotón kvantom (nosičom) elektromagnetického žiarenia, tak jeho elektrický náboj sa v žiadnom prípade nemôže rovnať nule. Nekonzistentnosť tohto znázornenia fotónu sa stala jedným z dôvodov nepochopenia fyzikálnej podstaty Planckovej konštanty.

Neriešiteľné opodstatnenie fyzikálnej podstaty Planckovej konštanty v rámci existujúcich fyzikálnych teórií umožňuje prekonať éterodynamický koncept, ktorý vyvinul V.A. Atsukovsky.

V éterodynamických modeloch sa elementárne častice interpretujú ako uzavreté vírové útvary(kruhy), v stenách ktorých je výrazne zhutnený éter a elementárne častice, atómy a molekuly sú štruktúry, ktoré takéto víry spájajú. Existencia prstencových a špirálových pohybov zodpovedá prítomnosti mechanického momentu (spin) v časticiach smerujúcich pozdĺž osi ich voľného pohybu.

Podľa tohto konceptu je fotón štrukturálne uzavretý toroidný vír s prstencovým pohybom torusu (ako kolesá) a špirálovým pohybom vo vnútri. Zdrojom tvorby fotónov je protón-elektrónový pár atómov hmoty. V dôsledku excitácie, v dôsledku symetrie svojej štruktúry, každý pár protón-elektrón generuje dva fotóny. Experimentálnym potvrdením je proces anihilácie elektrónu a pozitrónu.

Fotón je jediná elementárna častica, ktorá sa vyznačuje tromi typmi pohybu: rotačný pohyb okolo vlastnej osi rotácie, priamočiary pohyb v danom smere a rotačný pohyb s určitým polomerom. R vzhľadom na os lineárneho pohybu. Posledný pohyb sa interpretuje ako pohyb pozdĺž cykloidy. Cykloida je periodická funkcia pozdĺž úsečky s bodkou 2π R (\displaystyle 2\pi r)/…. Pre fotón sa cykloidná perióda interpretuje ako vlnová dĺžka λ , čo je argument všetkých ostatných parametrov fotónu.

Na druhej strane vlnová dĺžka je tiež jedným z parametrov elektromagnetického žiarenia: porucha (zmena skupenstva) elektromagnetického poľa šíriaceho sa v priestore. Pre ktorú vlnová dĺžka je vzdialenosť medzi dvoma bodmi v priestore najbližšie k sebe, v ktorých sa vyskytujú oscilácie v rovnakej fáze.

Z toho vyplýva významný rozdiel v pojmoch vlnová dĺžka pre fotón a elektromagnetické žiarenie vo všeobecnosti.

Pre fotón sú vlnová dĺžka a frekvencia spojené vzťahom

ν = u γ / λ, (2)

kde u γ je rýchlosť priamočiareho pohybu fotónu.

Fotón je pojem označujúci rodinu (súbor) elementárnych častíc spojených spoločnými znakmi existencie. Každý fotón je charakterizovaný svojím špecifickým súborom charakteristík, z ktorých jednou je vlnová dĺžka. Zároveň, berúc do úvahy vzájomnú závislosť týchto charakteristík od seba, v praxi sa stalo pohodlným reprezentovať charakteristiky (parametre) fotónu ako funkcie jednej premennej. Vlnová dĺžka fotónu bola určená ako nezávislá premenná.

Známa hodnota u λ = 299 792 458 ± 1,2 / definovaná ako rýchlosť svetla. Túto hodnotu získal K. Ivenson a jeho spolupracovníci v roku 1972 pomocou céziového frekvenčného štandardu lasera CH 4 a pomocou kryptónového frekvenčného štandardu jeho vlnovú dĺžku (asi 3,39 μm). Formálne je teda rýchlosť svetla definovaná ako priamočiara rýchlosť fotónov s vlnovou dĺžkou λ = 3,39 10 -6 m) Teoreticky (\displaystyle 2\pi r)/… je stanovené, že rýchlosť (priamočiarych) fotónov je premenlivá a nelineárna, t.j. u λ = f( λ). Experimentálne to potvrdzuje práca súvisiaca s výskumom a vývojom štandardov laserovej frekvencie (\displaystyle 2\pi r)/…. Z výsledkov týchto štúdií vyplýva, že všetky fotóny pre ktoré λ < 3,39 10 -6 m sa pohybuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Limitná rýchlosť fotónov (gama rozsah) je druhá rýchlosť zvuku éteru 3 10 8 m/s (\displaystyle 2\pi r)/….

Tieto štúdie nám umožňujú vyvodiť jeden významnejší záver, že zmena rýchlosti fotónov v oblasti ich existencie nepresahuje ≈ 0,1%. Takáto relatívne malá zmena rýchlosti fotónov v oblasti ich existencie nám umožňuje hovoriť o rýchlosti fotónov ako o kvázi konštantnej hodnote.

Fotón je elementárna častica, ktorej neodňateľnými vlastnosťami sú hmotnosť a elektrický náboj. Erengaftove experimenty dokázali, že elektrický náboj fotónu (subelektrónu) má spojité spektrum a z Millikanových experimentov vyplýva, že pre röntgenový fotón s vlnovou dĺžkou približne 10 -9 m je elektrický náboj 0,80108831 C (\ štýl zobrazenia 2\pi r )/….

Podľa prvej zhmotnenej definície fyzikálnej podstaty elektrického náboja: „ elementárny elektrický náboj je úmerný hmotnosti rozloženej na priereze elementárneho víru“ nasleduje inverzné tvrdenie, že hmotnosť rozložená na priereze víru je úmerná elektrickému náboju. Na základe fyzikálneho charakteru elektrického náboja vyplýva, že aj hmotnosť fotónu má spojité spektrum. Na základe štruktúrnej podobnosti elementárnych častíc protónu, elektrónu a fotónu, hodnoty hmotnosti a polomeru protónu (resp. mp = 1,672621637(83) 10 -27 kg, rp = 0,8751 10 -15 m (\displaystyle 2\pi r)/…), ako aj za predpokladu, že hustota éteru v týchto časticiach je rovnaká, hmotnosť fotónu sa odhaduje na 10 -40 kg a jeho kruhová dráha polomer je 0,179◦10 −16 m, polomer telesa fotónu (vonkajší polomer torusu) je pravdepodobne v rozsahu 0,01 - 0,001 polomeru kruhovej dráhy, t.j. asi 10 -19 - 10 -20 m.

Na základe koncepcií násobnosti fotónov a závislosti parametrov fotónov od vlnovej dĺžky, ako aj experimentálne potvrdených faktov o spojitosti spektra elektrického náboja a hmotnosti môžeme predpokladať, že e λ , m λ = f ( λ ) , ktoré majú charakter kvázi konštantných.

Na základe vyššie uvedeného môžeme povedať, že výraz (1) stanovujúci vzťah energie akéhokoľvek systému počas emisie alebo absorpcie elektromagnetického žiarenia s frekvenciou ν (\displaystyle ~\nu ) nie je nič iné ako vzťah medzi energiou fotónov emitovaných alebo absorbovaných telom a frekvenciou (vlnovou dĺžkou) týchto fotónov. A Planckova konštanta je korelačný koeficient. Takéto znázornenie vzťahu medzi energiou fotónu a jeho frekvenciou odstraňuje z Planckovej konštanty význam jeho univerzálnosti a fundamentality. V tejto súvislosti sa Planckova konštanta stáva jedným z parametrov fotónu v závislosti od vlnovej dĺžky fotónu.

Pre úplný a dostatočný dôkaz tohto tvrdenia uvažujme o energetickom aspekte fotónu. Z experimentálnych údajov je známe, že fotón sa vyznačuje energetickým spektrom, ktoré má nelineárnu závislosť: pre infračervené fotóny Е λ = 0,62 eV pre λ = 2 10 -6 m, röntgen Е λ = 124 eV pre λ = 10 -8 m, gama Е λ = 124 000 eV za λ = 10 -11 m) Z povahy pohybu fotónu vyplýva, že celková energia fotónu pozostáva z kinetickej energie rotácie okolo vlastnej osi, kinetickej energie rotácie po kruhovej dráhe (cykloida) a energie priamočiarej rotácie. pohyb:

Eλ = Eoλ + E 1 λ+E 2 λ , (3)

kde E 0 λ = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ je kinetická energia rotácie okolo vlastnej osi,

E 1 λ = m λ u λ 2 je energia priamočiareho pohybu, E 2 λ = m λ R 2 λ ω 2 λ je kinetická energia rotácie po kruhovej dráhe, kde r γ λ je polomer telesa fotónu. , R γ λ je polomer kruhovej trajektórie , ω γ λ je vlastná frekvencia rotácie fotónu okolo osi, ω λ = ν je kruhová frekvencia rotácie fotónu, m λ je hmotnosť fotónu.

Kinetická energia fotónu na kruhovej dráhe

E 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 = E 1 (2π r λ / λ) 2 = E 1 (λ r ◦ /λ) 2.

E 2 λ = E 1 λ ◦ (2π r λ / λ) 2 . (štyri)

Výraz (4) ukazuje, že kinetická energia rotácie po kruhovej trajektórii je súčasťou energie priamočiareho pohybu, ktorá závisí od polomeru kruhovej trajektórie a vlnovej dĺžky fotónu.

(2πr λ / λ) 2. (5)

Odhadnime túto hodnotu. Pre infračervené fotóny

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

Pre fotóny gama rozsahu

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

V celej oblasti existencie fotónu je teda jeho kinetická energia rotácie po kruhovej trajektórii oveľa menšia ako energia priamočiareho pohybu a možno ju zanedbať.

Odhadnime energiu priamočiareho pohybu.

E 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 priamočiareho pohybu fotónu v energetickej bilancii (3) je oveľa menšia ako celková energia fotónu, napríklad v infračervenej oblasti (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.

Takže vzhľadom na malosť energií priamočiareho pohybu a pohybu po kruhovej trajektórii môžeme povedať, že energetické spektrum fotónu pozostáva zo spektra jeho vlastných kinetických energií rotácie okolo osi fotónu.

Preto výraz (1) môže byť reprezentovaný ako

E 0 λ = hν ,

t.j. (\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)

Výraz (7) môže byť znázornený v nasledujúcej forme

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. (osem)

Kde k λ (λ) = m λ r 2 γ λ je nejaká kvázi konštanta.

Odhadnime hodnoty prirodzených frekvencií rotácie fotónov okolo osi: napr.

pre λ = 2 10 -6 m (infračervený rozsah)

ω 2 γ i = E 0i / m i r 2 γ i \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 ot./min.

pre λ = 10 -11 m (gama)

ω γ i = 1,4 10 32 ot./min.

Odhadnime pomer ω 2 γ λ / ω λ pre infračervené a gama fotóny. Po nahradení vyššie uvedených údajov dostaneme:

pre λ = 2 10 -6 m (infračervený rozsah) - ω 2 γ λ / ω λ \u003d 6,607 10 44,

pre λ = 10 -11 m (rozsah gama) - ω 2 γ λ / ω λ \u003d 6,653 10 44.

To znamená, že výraz (8) ukazuje, že pomer druhej mocniny frekvencie rotácie fotónu k rotácii pozdĺž kruhovej dráhy je kvázi konštantná hodnota pre celú oblasť existencie fotónu. V tomto prípade sa hodnota frekvencie vlastnej rotácie fotónu v oblasti existencie fotónu zmení o tri rády. Z čoho vyplýva, že Planckova konštanta má charakter kvázikonštanty.

Výraz (6) transformujeme nasledovne

m λ r 2 γ λ ω γ λ ω γ λ = h ω λ .

M =h ω λ / ω γ λ , (9)

kde M = m λ r 2 γ λ ω γ λ je vlastný gyroskopický moment fotónu.

Z výrazu (9) vyplýva fyzikálna podstata Planckovej konštanty: Planckova konštanta je koeficient úmernosti, ktorý udáva vzťah medzi vlastným gyroskopickým momentom fotónu a pomerom rotačných frekvencií (po kruhovej trajektórii a jeho vlastných), ktorý má charakter tzv. kvázi konštanta v celej oblasti existencie fotónu.

Výraz (7) transformujeme nasledovne

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 λ R 2 γ 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 = (M2 γ λ / M λ) (R 2 λ / r 2 γ λ),

h ( r 2 γ λ /R 2 λ), = (M 2 γ λ / M λ) (10)

Výraz (10) tiež ukazuje, že pomer druhej mocniny vlastného gyroskopického momentu fotónu ku gyroskopickému momentu pohybu po kruhovej trajektórii (cykloida) je kvázi konštantná hodnota v celej oblasti existencie fotónu a je určený výrazom h ( r2yA/R2A).