Die physische Essenz der konstanten Planke. Planksche Konstante und die Geometrie der Quantennatur des Lichts

KONSTANTER BAR
h, eine der universellen numerischen Konstanten der Natur, die in vielen Formeln und physikalischen Gesetzen enthalten ist, die das Verhalten von Materie und Energie auf mikroskopischer Ebene beschreiben. Die Existenz dieser Konstante wurde 1900 von M. Planck, Professor für Physik an der Universität Berlin, in einer Arbeit nachgewiesen, die den Grundstein für die Quantentheorie legte. Er gab auch eine vorläufige Schätzung seiner Größe ab. Der derzeit akzeptierte Wert der Planckschen Konstante beträgt (6,6260755 ± 0,00023)*10 -34 J*s. Planck machte diese Entdeckung, als er versuchte, eine theoretische Erklärung für das Strahlungsspektrum erhitzter Körper zu finden. Eine solche Strahlung wird von allen Körpern emittiert, aus denen sie besteht große Zahl Atome, bei jeder Temperatur über dem absoluten Nullpunkt, macht sich aber erst bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt von Wasser 100 °C und darüber bemerkbar. Darüber hinaus deckt es das gesamte Frequenzspektrum von Radiofrequenz bis hin zu Infrarot-, sichtbaren und ultravioletten Bereichen ab. Im Bereich des sichtbaren Lichts wird die Strahlung erst bei etwa 550 °C ausreichend hell. Die Abhängigkeit der Strahlungsintensität pro Zeiteinheit von der Frequenz wird durch die in Abb. dargestellten spektralen Verteilungen charakterisiert. 1 für mehrere Temperaturwerte. Strahlungsintensität bei gegebener Wert Die Frequenz ist die Energiemenge, die in einem schmalen Frequenzband in der Nähe einer bestimmten Frequenz abgestrahlt wird. Die Fläche der Kurve ist proportional zur Gesamtenergie, die bei allen Frequenzen abgestrahlt wird. Wie leicht zu erkennen ist, vergrößert sich dieser Bereich mit steigender Temperatur rasch.

Planck wollte die spektrale Verteilungsfunktion theoretisch herleiten und eine Erklärung für zwei einfache experimentell etablierte Muster finden: Die Frequenz, die dem hellsten Leuchten eines erhitzten Körpers entspricht, ist proportional zu Absolute Temperatur, und die gesamte Energie, die in einer s-Einheitsfläche der Oberfläche eines absolut schwarzen Körpers emittiert wird, ist die vierte Potenz seiner absoluten Temperatur. Das erste Muster kann durch die Formel ausgedrückt werden

Dabei ist nm die Frequenz, die der maximalen Strahlungsintensität entspricht, T die absolute Temperatur des Körpers und a eine Konstante, die von den Eigenschaften des emittierenden Objekts abhängt. Das zweite Muster wird durch die Formel ausgedrückt

Dabei ist E die Gesamtenergie, die von einer Oberflächeneinheit in 1 s emittiert wird, s eine Konstante, die das emittierende Objekt charakterisiert, und T die absolute Temperatur des Körpers. Die erste Formel heißt Wiensches Verschiebungsgesetz und die zweite heißt Stefan-Boltzmann-Gesetz. Basierend auf diesen Gesetzen versuchte Planck, einen exakten Ausdruck für die spektrale Verteilung der emittierten Energie bei jeder Temperatur abzuleiten. Die universelle Natur des Phänomens könnte aus der Sicht des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik erklärt werden, nach dem thermische Prozesse spontan ablaufen physikalisches System gehen immer in die Richtung, ein thermisches Gleichgewicht im System herzustellen. Stellen wir uns zwei Hohlkörper A und B vor verschiedene Formen, verschiedene Größen und von verschiedene Materialien mit gleicher Temperatur einander gegenüberstehen, wie in Abb. 2. Wenn wir annehmen, dass von A nach B mehr Strahlung kommt als von B nach A, dann würde sich Körper B zwangsläufig auf Kosten von A erwärmen und das Gleichgewicht würde spontan gestört. Diese Möglichkeit wird durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ausgeschlossen, und daher müssen beide Körper die gleiche Energiemenge ausstrahlen, und daher hängt der Wert von s in Formel (2) nicht von der Größe und dem Material der emittierenden Oberfläche ab. vorausgesetzt, dass es sich bei letzterem um eine Art Hohlraum handelt. Wenn die Hohlräume durch einen Farbschirm getrennt wären, der alle Strahlung außer Strahlung mit einer bestimmten Frequenz filtern und zurückreflektieren würde, dann würde alles Gesagte wahr bleiben. Dies bedeutet, dass die Menge der von jedem Hohlraum in jedem Teil des Spektrums emittierten Strahlung gleich ist und die spektrale Verteilungsfunktion für den Hohlraum gleich ist universelles Gesetz Natur, und die Größe a in Formel (1) ist wie die Größe s eine universelle physikalische Konstante.

Planck, der sich gut mit Thermodynamik auskannte, bevorzugte diese spezielle Lösung des Problems und fand durch Versuch und Irrtum eine thermodynamische Formel, die es ermöglichte, die Spektralverteilungsfunktion zu berechnen. Die resultierende Formel stimmte mit allen verfügbaren experimentellen Daten und insbesondere mit den empirischen Formeln (1) und (2) überein. Um dies zu erklären, nutzte Planck einen cleveren Trick, der im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vorgeschlagen wurde. Da er zu Recht glaubte, dass die Thermodynamik der Materie besser untersucht sei als die Thermodynamik der Strahlung, konzentrierte er seine Aufmerksamkeit hauptsächlich auf die Substanz der Wände des Hohlraums und nicht auf die Strahlung im Inneren. Da die in den Wien- und Stefan-Boltzmann-Gesetzen enthaltenen Konstanten nicht von der Beschaffenheit der Substanz abhängen, hatte Planck das Recht, beliebige Annahmen über das Material der Wände zu treffen. Er wählte ein Modell, bei dem die Wände aus einer großen Anzahl winziger elektrisch geladener Oszillatoren mit jeweils unterschiedlicher Frequenz bestanden. Oszillatoren können unter dem Einfluss der auf sie einfallenden Strahlung schwingen und dabei Energie abgeben. Der gesamte Prozess könnte auf der Grundlage der bekannten Gesetze der Elektrodynamik untersucht werden, d. h. Die spektrale Verteilungsfunktion konnte durch Berechnung der durchschnittlichen Energie von Oszillatoren mit unterschiedlichen Frequenzen ermittelt werden. Um die Reihenfolge der Überlegungen umzukehren, fand Planck, basierend auf der korrekten Spektralverteilungsfunktion, die er vermutete, eine Formel für die durchschnittliche Energie U eines Oszillators mit der Frequenz n in einem Hohlraum im Gleichgewicht bei der absoluten Temperatur T:

Dabei ist b eine experimentell bestimmte Größe und k eine Konstante (genannt Boltzmann-Konstante, obwohl sie erstmals von Planck eingeführt wurde), die in der Thermodynamik und vorkommt Kinetische Theorie Gase Da diese Konstante normalerweise mit einem Faktor T versehen ist, ist es zweckmäßig, eine neue Konstante h = bk einzuführen. Dann ist b = h/k und Formel (3) kann umgeschrieben werden als

Die neue Konstante h ist die Plancksche Konstante; sein von Planck berechneter Wert betrug 6,55×10-34 JHs, was nur etwa 1 % vom modernen Wert abweicht. Plancks Theorie ermöglichte es, den Wert von s in Formel (2) durch h, k und die Lichtgeschwindigkeit c auszudrücken:

Dieser Ausdruck stimmte im Hinblick auf die Genauigkeit, mit der die Konstanten bekannt waren, mit dem Experiment überein; Spätere genauere Messungen ergaben keine Unstimmigkeiten. Somit wurde das Problem der Erklärung der Spektralverteilungsfunktion auf ein „einfaches“ Problem reduziert. Es galt, die physikalische Bedeutung der Konstante h bzw. des Produkts hn zu erklären. Plancks Entdeckung bestand darin, dass seine physikalische Bedeutung nur durch die Einführung eines völlig neuen Konzepts des „Energiequantums“ in die Mechanik erklärt werden kann. Am 14. Dezember 1900 zeigte Planck auf einer Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in seinem Bericht, dass Formel (4) und damit die anderen Formeln erklärt werden können, wenn man annimmt, dass ein Oszillator mit der Frequenz n Energie mit austauscht elektromagnetisches Feld nicht kontinuierlich, sondern wie in Schritten, wobei es seine Energie in diskreten Portionen, Quanten, gewinnt und verliert, von denen jedes gleich hn ist.
siehe auch
ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG ;
HITZE ;
THERMODYNAMIK.
Die Konsequenzen von Plancks Entdeckung werden in den Artikeln PHOTOELEKTRISCHE WIRKUNG;
COMPTON-EFFEKT;
ATOM;
ATOMARE STRUKTUR;
QUANTENMECHANIK . Quantenmechanik ist allgemeine Theorie Phänomene auf mikroskopischer Ebene. Plancks Entdeckung erscheint nun als eine wichtige Konsequenz besonderer Art, die sich aus den Gleichungen dieser Theorie ergibt. Es stellte sich insbesondere heraus, dass es für alle Energieaustauschprozesse gilt, die bei oszillierenden Bewegungen auftreten, beispielsweise bei akustischen und elektromagnetischen Phänomenen. Dies erklärt die hohe Durchdringungsfähigkeit der Röntgenstrahlung, deren Frequenzen 100-10.000 Mal höher sind als die Frequenzen, die für sichtbares Licht charakteristisch sind, und deren Quanten eine entsprechend höhere Energie haben. Plancks Entdeckung dient als Grundlage für die gesamte Wellentheorie der Materie, die sich damit beschäftigt Welleneigenschaften Elementarteilchen und ihre Kombinationen. Aus Maxwells Theorie ist bekannt, dass ein Lichtstrahl mit der Energie E einen Impuls p gleich trägt

Wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Betrachtet man Lichtquanten als Teilchen, von denen jedes die Energie hn hat, dann ist es natürlich anzunehmen, dass jedes von ihnen einen Impuls p gleich hn/c hat. Der fundamentale Zusammenhang, der die Wellenlänge l mit der Frequenz n und der Lichtgeschwindigkeit c verbindet, hat die Form

Der Ausdruck für Impuls kann also als h/l geschrieben werden. Im Jahr 1923 schlug der Doktorand L. de Broglie vor, dass nicht nur Licht, sondern alle Formen der Materie durch einen Welle-Teilchen-Dualismus gekennzeichnet sind, der sich in den Beziehungen ausdrückt

Zwischen den Eigenschaften einer Welle und eines Teilchens. Diese Hypothese wurde bestätigt und das Plancksche Wirkungsquantum zu einer universellen physikalischen Konstante gemacht. Ihre Rolle erwies sich als viel bedeutsamer, als man von Anfang an hätte erwarten können.
LITERATUR
Quantenmetrologie und Grundkonstanten. M., 1973 Schepf H.-G. Von Kirchhoff bis Planck. M., 1981

Colliers Enzyklopädie. - Offene Gesellschaft. 2000 .

Sehen Sie, was „CONSTANT PLANK“ in anderen Wörterbüchern ist:

- (Wirkungsquantum) die Hauptkonstante der Quantentheorie (siehe Quantenmechanik), benannt nach M. Planck. Plankenkonstante h 6,626,10 34 J.s. Oft wird die Menge verwendet. = h/2????1.0546.10 34 J.s, die auch Plancksche Konstante genannt wird... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

- (Wirkungsquantum, bezeichnet mit h), grundlegend physikalisch. eine Konstante, die ein breites Spektrum physikalischer Aspekte definiert Phänomene, für die die Diskretion von Größen mit der Wirkungsdimension wesentlich ist (siehe Quantenmechanik). Auf Deutsch vorgestellt. Physiker M. Planck im Jahr 1900 bei... ... Physische Enzyklopädie

- (Wirkungsquantum), die Hauptkonstante der Quantentheorie (siehe Quantenmechanik). Benannt nach M. Planck. Planck-Konstante h≈6,626·10 34 J·s. Häufig wird der Wert h = h/2π≈1,0546·10 34 J·s verwendet, auch Plancksches Wirkungsquantum genannt. * * *… … Enzyklopädisches Wörterbuch

Plancksches Wirkungsquantum, die Hauptkonstante der Quantentheorie, ein Koeffizient, der die Energiemenge angibt elektromagnetische Strahlung mit seiner Frequenz. Auch das Wirkungsquantum und das Drehimpulsquantum machen Sinn. In den wissenschaftlichen Gebrauch eingeführt M ... Wikipedia

Aktionsquantum (siehe Aktion), eine grundlegende physikalische Konstante (siehe physikalische Konstanten), die ein breites Spektrum physikalischer Phänomene definiert, für die eine diskrete Aktion wesentlich ist. Diese Phänomene werden in der Quantenmechanik untersucht (siehe... Große sowjetische Enzyklopädie

- (Wirkungsquantum), grundlegend. Konstante der Quantentheorie (siehe Quantenmechanik). Benannt nach M. Planck. P.p. h 6,626*10 34 J*s. Häufig wird der Wert H = h/2PI 1,0546*10 34 J*s verwendet, auch genannt. P.p... Naturwissenschaft. Enzyklopädisches Wörterbuch

Grundlegende Physik. Konstante, Wirkungsquantum, mit der Dimension des Produkts aus Energie und Zeit. Bestimmt physisch Phänomene der Mikrowelt, die durch diskrete Physik gekennzeichnet sind Größen mit der Dimension der Wirkung (siehe Quantenmechanik). In Größe... ... Chemische Enzyklopädie

Einer der absolut physischen eine Konstante, die die Dimension einer Aktion hat (Energie x Zeit); Im CGS-System ist der p.p. h gleich (6,62377 + 0,00018). 10 27 erg x sec (+0,00018 möglicher Messfehler). Es wurde erstmals von M. Planck (M. Planck, 1900) in... ... eingeführt. Mathematische Enzyklopädie

Aktionsquantum, eines der wichtigsten Konstanten der Physik, spiegelt die Spezifität von Mustern in der Mikrowelt wider und spielt grundlegende Rolle in der Quantenmechanik. P. p. h (6,626 0755 ± 0,000 0040)*10 34 J*s. Der Wert L = d/2i = (1,054 572 66 ± ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch

Plancksches Wirkungsquantum (Wirkungsquantum)- eine der grundlegenden Weltkonstanten (Konstanten), die in der Mikrowelt eine entscheidende Rolle spielt und sich in der Existenz diskreter Eigenschaften von Mikroobjekten und ihren Systemen manifestiert, ausgedrückt durch ganzzahlige Quantenzahlen, mit Ausnahme halbzahliger Zahlen... ... Die Anfänge der modernen Naturwissenschaft

Bücher

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Laborarbeit Nr.

UNTERSUCHUNG VON REGULARITÄTEN IN SPEKTREN UND BESTIMMUNG DER PLANCK-KONSTANTE

Ziel der Arbeit: experimentelle Bestimmung der Planckschen Wirkungskonstante anhand von Emissions- und Absorptionsspektren.

Geräte und Zubehör: Spektroskop, Glühlampe, Quecksilberlampe, Küvette mit Chromspitze.

THEORETISCHE EINFÜHRUNG

Ein Atom ist kleinstes Teilchen chemisches Element, das seine grundlegenden Eigenschaften bestimmt. Das Planetenmodell des Atoms wurde durch die Experimente von E. Rutherford untermauert. Im Zentrum des Atoms befindet sich ein positiv geladener Kern mit einer Ladung Z∙e (Z– die Anzahl der Protonen im Kern, d.h. Ordnungsnummer chemisches Element des Periodensystems von Mendelejew; e– die Ladung eines Protons ist gleich der Ladung eines Elektrons). Elektronen bewegen sich im elektrischen Feld des Kerns um den Kern.

Die Stabilität eines solchen Atomsystems wird durch Bohrs Postulate begründet.

Bohrs erstes Postulat(Postulat des stationären Zustands): In einem stabilen Zustand eines Atoms bewegen sich Elektronen auf bestimmten stationären Bahnen, ohne elektromagnetische Energie auszusenden; Stationäre Elektronenbahnen werden durch die Quantisierungsregel bestimmt:

. (2)

Auf ein Elektron, das sich auf einer Umlaufbahn um einen Kern bewegt, wirkt die Coulomb-Kraft:

. (3)

Für ein Wasserstoffatom Z=1. Dann

. (4)

Indem wir die Gleichungen (2) und (4) gemeinsam lösen, können wir Folgendes bestimmen:

a) Umlaufradius

; (5)

b) Elektronengeschwindigkeit

; (6)

c) Elektronenenergie

. (7)

Energielevel– die Energie, die ein Elektron eines Atoms in einem bestimmten stationären Zustand besitzt.

Ein Wasserstoffatom hat ein Elektron. Zustand des Atoms mit N=1 wird Grundzustand genannt. Grundzustandsenergie

Im Grundzustand kann ein Atom nur Energie absorbieren.

Bei Quantenübergängen springen Atome (Moleküle) von einem stationären Zustand in einen anderen, also von einem Energielevel ein anderer. Die Zustandsänderung von Atomen (Molekülen) ist mit Energieübergängen von Elektronen von einer stationären Umlaufbahn in eine andere verbunden. Dabei werden elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Frequenz ausgesendet bzw. absorbiert.

Bohrs zweites Postulat(Frequenzregel): Wenn sich ein Elektron von einer stationären Umlaufbahn in eine andere bewegt, wird ein Photon mit Energie emittiert oder absorbiert

, (8)

gleich der Energiedifferenz der entsprechenden stationären Zustände ( Und - bzw. die Energie der stationären Zustände des Atoms vor und nach Strahlung oder Absorption).

Energie wird in getrennten Anteilen – Quanten (Photonen) – emittiert oder absorbiert, und die Energie jedes Quants (Photons) ist mit der Frequenz verknüpft ν Verhältnis der emittierten Wellen

, (9)

Wo H– Plancksches Wirkungsquantum. Plancksche Konstante– eine der wichtigsten Konstanten der Atomphysik, numerisch gleich der Energie eines Strahlungsquants bei einer Strahlungsfrequenz von 1 Hz.

Unter Berücksichtigung dessen kann Gleichung (8) geschrieben werden als:

. (10)

Die Gesamtheit der elektromagnetischen Wellen aller Frequenzen, die ein bestimmtes Atom (Molekül) aussendet und absorbiert, ist Emissions- oder Absorptionsspektrum einer bestimmten Substanz. Da das Atom jeder Substanz sein eigenes hat Interne Struktur Daher hat jedes Atom ein individuelles, einzigartiges Spektrum. Dies ist die Grundlage der Spektralanalyse, die 1859 von Kirchhoff und Bunsen entdeckt wurde.

Eigenschaften von Emissionsspektren

Die spektrale Zusammensetzung der Strahlung von Stoffen ist sehr vielfältig. Trotzdem lassen sich alle Spektren in drei Typen einteilen.

Kontinuierliche Spektren. Das kontinuierliche Spektrum repräsentiert die Längen aller Wellen. In einem solchen Spektrum gibt es keine Brüche, es besteht aus Abschnitten unterschiedlicher Farbe, die ineinander übergehen.

Kontinuierliche (oder kontinuierliche) Spektren werden von Körpern in festem oder flüssigem Zustand (Glühlampe, geschmolzener Stahl usw.) sowie von stark komprimierten Gasen erzeugt. Um ein kontinuierliches Spektrum zu erhalten, muss der Körper auf eine hohe Temperatur erhitzt werden.

Ein kontinuierliches Spektrum wird auch durch Hochtemperaturplasma erzeugt. Elektromagnetische Wellen werden von Plasma hauptsächlich dann emittiert, wenn Elektronen mit Ionen kollidieren.

Linienspektren. Linienemissionsspektren bestehen aus einzelnen Spektrallinien, die durch dunkle Räume getrennt sind.

Linienspektren geben alle Stoffe im gasförmigen atomaren Zustand wieder. Dabei wird Licht von Atomen emittiert, die praktisch nicht miteinander interagieren. Das Vorhandensein eines Linienspektrums bedeutet, dass ein Stoff Licht nur bei bestimmten Wellenlängen (genauer gesagt in bestimmten, sehr engen Spektralintervallen) emittiert.

Gestreifte Spektren. Gebänderte Emissionsspektren bestehen aus separaten Gruppen von Linien, die so eng beieinander liegen, dass sie zu Bändern verschmelzen. Somit besteht das Streifenspektrum aus einzelnen Bändern, die durch dunkle Zwischenräume getrennt sind.

Im Gegensatz zu Linienspektren werden Streifenspektren nicht von Atomen, sondern von Molekülen erzeugt, die nicht oder nur schwach aneinander gebunden sind.

Zur Beobachtung von Atom- und Molekülspektren wird das Leuchten des Dampfes einer Substanz in einer Flamme oder das Leuchten einer Gasentladung in einem mit dem untersuchten Gas gefüllten Rohr verwendet.

Eigenschaften von Absorptionsspektren.

Das Absorptionsspektrum kann beobachtet werden, wenn im Strahlengang einer Quelle, die ein kontinuierliches Emissionsspektrum liefert, ein Stoff platziert wird, der bestimmte Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge absorbiert.

In diesem Fall werden im Sichtfeld des Spektroskops an den Stellen des kontinuierlichen Spektrums, die der Absorption entsprechen, dunkle Linien oder Streifen sichtbar. Die Art der Absorption wird durch die Art und Struktur des absorbierenden Stoffes bestimmt. Das Gas absorbiert Licht genau der Wellenlängen, die es bei starker Erhitzung aussendet. Abbildung 1 zeigt die Emissions- und Absorptionsspektren von Wasserstoff.

Absorptionsspektren werden wie Emissionsspektren in kontinuierliche, linienförmige und gestreifte Spektren unterteilt.

Kontinuierliche Spektren Absorptionen werden beobachtet, wenn sie von einer Substanz in kondensiertem Zustand absorbiert werden.

Linienspektren Absorptionen werden beobachtet, wenn eine absorbierende Substanz in gasförmigem Zustand (atomares Gas) zwischen der Quelle eines kontinuierlichen Strahlungsspektrums und dem Spektroskop platziert wird.

Gestreift– bei Aufnahme durch Stoffe, die aus Molekülen bestehen (Lösungen).

BEGRÜNDUNG DER FORSCHUNGSMETHODE

Um ein gestreiftes Absorptionsspektrum zu erhalten, wird eine wässrige Chromlösung, also Kaliumdichrom, verwendet (
).

Nach der Quantentheorie geben Atome, Ionen und Moleküle nicht nur Energie in Quanten ab, sondern absorbieren auch Energie in Quanten. Energie eines Emissions- und Absorptionsquantums für einen bestimmten Stoff (bei einer bestimmten Frequenz). ) ist dasselbe. Unter dem Einfluss von Licht kommt es zu einer chemischen Zersetzung von Molekülen, die nur durch ein Lichtquant mit der Energie verursacht werden kann
, ausreichend (oder größer) für die Zersetzung.

Betrachten Sie eine wässrige Lösung von Kaliumdihydroxid
. Im Wasser dissoziieren seine Moleküle wie folgt in Ionen:

Während der Reaktion erscheinen Ionen in der Lösung
. Wird diese Lösung mit weißem (achromatischem) Licht beleuchtet, zerfallen die Ionen unter dem Einfluss der vom Chrompeak absorbierten Lichtquanten
. In diesem Fall „fängt“ („absorbiert“) jedes Ion ein Quantum der Strahlung mit dieser Energie ein
. Dadurch weist das Spektrum eine Absorptionsbande auf, deren Anfang der Frequenz entspricht . Die Zersetzungsreaktion wird wie folgt geschrieben:

.

Die Energie dieser Reaktion für ein Kilomol Chrom ist aus Experimenten bekannt ( E=2,228·10 8 J/kmol).

Nach dem Gesetz von Avogadro enthält jedes Kilomol einer Substanz selbe Nummer Atome gleich der Avogadro-Zahl N A=6,02 10 26 kmol -1, daher wird für den Zerfall eines Ions Energie benötigt

. (11)

Folglich muss die Energie des absorbierten Lichtquants größer oder gleich der Energie sein, die zur Spaltung eines Ions erforderlich ist
, also
. Gleichheit nutzen

(12)

Bestimmen Sie die niedrigste Frequenz des Quants, das das Ion spaltet:

, (13)

Wo - die niedrigste Frequenz im spektralen Absorptionsband (der Rand des Bandes von der Rotlichtseite).

Verwendung der Beziehung zwischen Frequenz und Wellenlänge , Ausdruck (13) wird wie folgt geschrieben:

, (14)

wobei c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist (c=3·10 8 m/s).

Aus Gleichung (14) bestimmen wir das Plancksche Wirkungsquantum

. (15)

EXPERIMENTELLE STUDIEN

Wellenlängenbestimmung Die äußerste Linie (rechts) in der Absorptionsbande bei der Beobachtung des Spektrums des Chrompeaks wird in der folgenden Reihenfolge ausgeführt:

Kalibrieren Sie das Spektroskop mithilfe des Strahlungsspektrums und stellen Sie dann Tabelle 1 zusammen und füllen Sie sie aus, um eine Kalibrierungskurve zu erstellen.

Tabelle 1

Spektrum- oder Linienfarbe	Wellenlänge, nm	Lage der Grenzen von Spektralabschnitten oder -linien entsprechend dem Spektroskop N, Aufteilung
Für ein kontinuierliches Spektrum
Orange
Hellgrün
Violett
Für das Linienspektrum von Quecksilberdampf
Dunkelrot (mittlere Helligkeit)
Rot (mittlere Helligkeit)
Gelb 1 (hell)
Gelb 2 (hell)
Grün (sehr hell)
Violett 1 (sehr hell)
Lila 2 (schwach)
Violett 3 (mittlere Helligkeit)

Spektroskopkalibrierung

Das Spektroskop wird in folgender Reihenfolge kalibriert:

Vor dem Spektroskopspalt ist eine Lichtquelle installiert, deren Spektrum linear (Quecksilberlampe, Heliumröhre etc.) oder kontinuierlich (Glühlampe) ist. Notieren Sie anhand von Tabelle 1, welche Zahl N Teilungen des Spektroskops entsprechen einer bestimmten Linie (dies geschieht für alle sichtbaren Linien), das heißt, es werden Werte für jede Linie erhalten N und zeichnen Sie sie entlang der x-Achse auf. Gleichzeitig werden die Wellenlängenwerte für jede Linie aus der Tabelle entnommen und entlang der Ordinatenachse markiert . Die resultierenden Punkte am Schnittpunkt der entsprechenden Abszissen und Ordinaten werden durch eine glatte Kurve verbunden;

Auf einem großen Blatt Millimeterpapier sind Wellenlängenwerte entlang der Ordinatenachse aufgetragen. im Bereich des sichtbaren Teils der kontinuierlichen oder Linienspektren (400-750 nm), unter Beachtung des Maßstabs, und entlang der Abszissenachse - die Werte N die Gesamtzahl der Unterteilungen der Spektrometertrommel, die den gesamten Bereich kontinuierlicher oder Linienspektren (400–750 nm) abdeckt, wobei berücksichtigt wird, dass eine Umdrehung der Trommel (mikrometrische Schraube) entspricht N=50, also fünfzig Divisionen.

3. Stellen Sie eine Küvette mit einem Chrompeak vor den Spalt des Spektroskops (Spektrometers) und richten Sie den vertikalen Faden dieses Spektrometers auf den Rand der Absorptionsbande (dunkles Band). In dieser Position wird die Teilungszahl am Spektrometer aufgezeichnet und anhand einer Kalibrierkurve die dem Rand der Absorptionsbande entsprechende Wellenlänge bestimmt. Das Experiment wird vier- bis fünfmal durchgeführt, um den Durchschnittswert der Planckschen Konstante zu ermitteln
sowie zur Berechnung von Messfehlern.

4. Berechnen Sie die Plancksche Konstante für jede Messung mithilfe der Formel (15).

5. Bestimmen Sie den absoluten Fehler jeder Messung, den Durchschnittswert des absoluten Fehlers und relativer Fehler:

; (16)

; (17)

. (18)

6. Tragen Sie die Ergebnisse der Messungen und Berechnungen in Tabelle 2 ein.

7. Notieren Sie das Messergebnis im Formular:

8. Überprüfen Sie, ob der Tabellenwert der Planck-Konstante zum erhaltenen Intervall (19) gehört.

Tabelle 2

	N, Aufteilung	, nm	, J s	, J s	, J s	, J s	, %

Kontrollfragen

Beschreiben Sie das Planetenmodell des Atoms.

Geben Sie Bohrs erstes Postulat an. Was ist die Regel zur Quantisierung der Elektronenbahn?

Welche Werte können Bahnradius, Geschwindigkeit und Energie eines Elektrons in einem Atom annehmen?

Was ist ein Energieniveau?

Formulieren Sie Bohrs zweites Postulat.

Was ist die Energie eines Photons?

Welche physikalische Bedeutung hat das Plancksche Wirkungsquantum? Was ist es gleich?

Beschreiben Sie die Emissionsspektren. In welche Typen werden sie unterteilt? Was wird benötigt, um Emissionsspektren zu beobachten?

Beschreiben Sie die Absorptionsspektren. In welche Typen werden sie unterteilt? Was wird zur Beobachtung von Absorptionsspektren benötigt?

Beschreiben Sie das Funktionsprinzip und den Aufbau des Spektroskops.

Was ist die Kalibrierung eines Spektroskops? Welche Spektren wurden zur Kalibrierung verwendet? Wie kann man anhand der Kalibrierungskurve eines Spektroskops die Wellenlänge bestimmen, die dem Rand der Absorptionsbande entspricht?

Beschreiben Sie die Vorgehensweise zur Durchführung der Arbeiten.

BIBLIOGRAPHISCHES VERZEICHNIS

Agapov B.T., Maksyutin G.V., Ostroverkhov P.I. Laborworkshop in Physik. - M.: Handelshochschule, 1982.

Korsunsky M.I. Optik, Atomaufbau, Atomkern. – M.: Fizmatgiz, 1962.

Physikalischer Workshop/Hrsg. I.V. Iveronova. – M.: Fizmatgiz, 1962.

ändern vom 19.11.2011 – (Animation hinzugefügt)

Es muss daran erinnert werden, dass wir im Modell der „Logischen Physik“ von Rod Johnson Folgendes sehen:

Es gibt keine „festen Teilchen“, es gibt nur Energiegruppierungen.
Jede Quantendimension kann geometrisch als eine Form strukturierter, sich überschneidender Energiefelder erklärt werden.
Atome sind gegenläufige Energieformen in Form platonischer Körper, nämlich gegenläufig Oktaeder und Tetraeder. Darüber hinaus entspricht jede Schwingungs-/Pulsform einer bestimmten Grunddichte des Äthers.
Im gesamten Universum sind alle Dichte- oder Dimensionsebenen aus zwei primären Ätherebenen aufgebaut, die ständig miteinander interagieren.

Nach Johnsons Modell gibt es in jedem Atom, auf kleinster Ebene, ein Atom, das sich ständig mit unserer Realität schneidet. Jedes Atom hat eine Geometrie in unserer Realität und eine entgegengesetzte, inverse Geometrie in einer parallelen Realität. Die beiden Geometrien drehen sich ineinander gegenläufig. Sie werden durch jede Phase dieses Prozesses geführt.

Allerdings haben traditionelle Wissenschaftler Platons ineinander verschachtelte und sich teilende Körper noch nicht visualisiert gemeinsame Achse Da sie in der Lage sind, sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, haben sie das Bild der Quantenrealität verloren.

Die meisten Menschen wissen bereits, dass Wärmestrahlung und Licht durch etwas ganz Einfaches erzeugt werden – die Bewegung elektromagnetischer Energiestöße, die als „Photonen“ bekannt sind.

Bis 1900 glaubte man jedoch, dass sich Licht und Wärme nicht in Form diskreter Einheiten von „Photonen“ bewegten, sondern reibungslos, fließend und untrennbar. Der Physiker Max Planck entdeckte als erster, dass sich Licht und Wärme auf kleinster Ebene in „Pulsationen“ oder „Energiepaketen“ von 10 -32 cm (im Vergleich zu dieser Größe) bewegen Atomkern hätte die Größe eines Planeten!)

Interessanterweise sind die Pakete umso größer, je schneller die Schwingung ist, und dementsprechend sind die Pakete umso kleiner, je langsamer die Schwingung ist.

Planck entdeckte, dass der Zusammenhang zwischen der Schwingungsgeschwindigkeit und der Paketgröße immer konstant bleibt, egal wie man sie misst. Der konstante Zusammenhang zwischen Schwinggeschwindigkeit und Paketgröße ist als Weins Verteilungsgesetz bekannt.

Planck entdeckte eine einzelne Zahl, die dieses Verhältnis ausdrückt. Sie ist heute als „Plancksche Konstante“ bekannt.

Ein Artikel von Caroline Hartman (Dezemberausgabe 2001 der Zeitschrift Science and Technology of the 21st Century) ist ausschließlich den Entdeckungen von Max Planck gewidmet. Sie verrät, dass das durch seine Entdeckungen entstandene Rätsel weiterhin ungelöst ist:

„Um tiefere Einblicke in die Struktur des Atoms zu gewinnen, ist es heute unsere Pflicht, die Forschung von Wissenschaftlern wie Curie, Lise Meitner und Otto Hahn fortzusetzen.
Aber auf die grundlegenden Fragen: Was verursacht die Bewegung von Elektronen, ob sie bestimmten geometrischen Gesetzen gehorcht und warum einige Elemente stabiler sind als andere, gibt es noch keine Antworten und wartet auf neue fortgeschrittene Hypothesen und Ideen.“

In dieser Notiz können wir bereits die Antwort auf Hartmans Frage sehen. Wie bereits erwähnt, waren Plancks Entdeckungen das Ergebnis der Untersuchung der Wärmestrahlung. Der einleitende Absatz in Caroline Hartmans Artikel ist eine perfekte Beschreibung seiner Leistungen:

„Vor hundert Jahren, am 14. Dezember 1900, verkündete der Physiker Max Planck (1858-1947) die Entdeckung einer neuen Strahlungsformel, die alle beobachteten Muster beschreiben konnte, wenn Materie erhitzt wird, wenn sie beginnt, Wärme unterschiedlicher Farbe auszusenden.
Darüber hinaus basierte die neue Formel auf einer wichtigen Annahme: Die Strahlungsenergie ist nicht konstant, Strahlung tritt nur in Paketen einer bestimmten Größe auf.
Die Schwierigkeit besteht darin, die Annahme hinter der „Formel“ physikalisch verständlich zu machen. Was versteht man unter „Energiepaketen“, die nicht einmal konstant sind, sondern sich proportional zur Schwingungsfrequenz ändern (Weinsches Verteilungsgesetz)?“

Etwas später fährt Hartman fort:

„Planck wusste, dass jedes Mal, wenn man in der Natur auf ein scheinbar unlösbares Problem stößt, ihm komplexere Muster zugrunde liegen müssen; mit anderen Worten, Es muss eine andere „Geometrie des Universums“ geben als bisher angenommen.
Planck bestand beispielsweise immer darauf, dass die Zuverlässigkeit der Maxwell-Gleichungen überdacht werden sollte, da die Physik einen Entwicklungsstand erreicht hatte, in dem die sogenannten „Gesetze der Physik“ nicht mehr universell galten.“

Der Kern von Plancks Arbeit kann in einer einfachen Gleichung ausgedrückt werden, die beschreibt, wie strahlende Materie Energie in „Paketen“ oder Stößen freisetzt.

Diese Gleichung E = hv, Wo E ist die endgültig gemessene Energie, v– Schwingungsfrequenz der Strahlung, die Energie freisetzt, und H– bekannt als „Plancksche Konstante“, die den „Fluss“ dazwischen reguliert v Und E.

Das Plancksche Wirkungsquantum ist 6,626 . Es handelt sich um einen abstrakten Ausdruck, da er eine reine Beziehung zwischen zwei Größen ausdrückt und keiner anderen spezifischen Messkategorie zugeordnet werden muss.

Planck entdeckte diese Konstante nicht durch ein Wunder; vielmehr leitete er sie akribisch durch das Studium vieler ab verschiedene Typen Wärmestrahlung.

Dies ist das erste große Rätsel, das Johnson in seiner Forschung klärt. Er erinnert daran, dass das (rechteckige) kartesische Koordinatensystem zur Messung des Planckschen Wirkungsquantums verwendet wird.

Dieses System ist nach seinem Schöpfer Rene Descartes benannt und bedeutet, dass Würfel zur Messung des dreidimensionalen Raums verwendet werden.

Es ist so alltäglich geworden, dass die meisten Wissenschaftler es nicht einmal für etwas Ungewöhnliches halten – nur seine Länge, Breite und Höhe.

Experimente wie Plancks verwenden einen kleinen Würfel, um die Energie zu messen, die sich durch einen bestimmten Raumbereich bewegt. Im Planck-Maßsystem wurde diesem Würfel der Einfachheit halber natürlich ein Volumen von „Einheit“ zugewiesen.

Als Planck jedoch seine Konstante schrieb, wollte er sich nicht mit einer Dezimalzahl befassen, also verschob er das Volumen des Würfels auf 10. Dadurch wurde die Konstante gleich 6,626 anstatt 0,6626 .

Was wirklich wichtig war, war die Beziehung zwischen etwas im Würfelinneren (6.626) und dem Würfel selbst (10).

Es spielt keine Rolle, ob Sie dem Würfel ein Volumen von eins, zehn oder einer anderen Zahl zuweisen, da das Verhältnis immer konstant bleibt. Wie wir bereits sagten, konnte Planck die Kontinuität dieser Beziehung nur durch sorgfältige Experimente über viele Jahre hinweg entschlüsseln.

Denken Sie daran, dass Sie je nach Größe des Beutels, den Sie freigeben, ihn mit einem Würfel unterschiedlicher Größe messen müssen.

Und doch hat alles, was sich im Würfel befindet, immer 6,626 Würfelvolumeneinheiten, wenn der Würfel selbst ein Volumen von 10 Einheiten hat, unabhängig von den beteiligten Abmessungen.

Gerade jetzt gilt es zu beachten – das Ausmaß 6,626 Sehr nah bei 6,666 , was genau ist 2/3 von 10. Deshalb sollte man fragen: „Warum sind sie so wichtig?“ 2/3 ?”

Basierend auf einfachen messbaren geometrischen Prinzipien, die von Fuller und anderen erklärt wurden, wissen wir, dass ein Tetraeder, wenn er perfekt in einer Kugel platziert wäre, genau 1/3 des Gesamtvolumens der Kugel ausfüllen würde. Das sind 3,333 von 10.

Tatsächlich Ein Photon besteht aus zwei miteinander verbundenen Tetraedern, was wir in der Abbildung sehen.

Das Gesamtvolumen (Energie), das sich durch den Würfel bewegt, beträgt genau 2/3 (6,666) des Gesamtvolumens des Würfels, dem Planck die Zahl 10 zuordnete.

Buckminster Fuller entdeckte als erster, dass ein Photon aus zwei Tetraedern besteht. Er verkündete dies der Welt im Jahr 1969 Planetenplanung, danach geriet es völlig in Vergessenheit.

Es entsteht eine kleine Differenz von 0,040 zwischen dem „Netto“-Verhältnis von 6,666 oder 2/3 und der Planckschen Konstante von 6,626 spezifische Vakuumkapazität, was etwas Energie absorbiert.

Die spezifische Kapazität eines Vakuums kann mit der sogenannten Coulomb-Gleichung genau berechnet werden.

Einfacher ausgedrückt: Die ätherische Energie des „physikalischen Vakuums“ absorbiert einen kleinen Teil der durch das Vakuum fließenden Energie.

Sobald wir also die Coulomb-Gleichung berücksichtigen, funktionieren die Zahlen perfekt. Wenn wir den Raum außerdem mit tetraedrischen statt mit kubischen Koordinaten messen, ist die Plancksche Gleichung E = hv nicht erforderlich. In diesem Fall wird die Energie auf beiden Seiten der Gleichung gleichermaßen gemessen, d. h. E (Energie) ist gleich v (Frequenz), und es besteht keine Notwendigkeit für eine „Konstante“ zwischen ihnen.

Die „Wellen“ der Energie, die das Plancksche Wirkungsquantum zeigt, werden Quantenphysiker als „Photonen“ bezeichnet. Normalerweise stellen wir uns „Photonen“ als Lichtträger vor, aber das ist nur eine ihrer Funktionen.

Was noch wichtiger ist, ist das Wenn Atome Energie absorbieren oder abgeben, wird diese in Form von „Photonen“ übertragen.

Forscher wie Milo Wolf erinnern uns daran, dass wir über den Begriff „Photon“ nur sicher wissen, dass er existiert Impuls, der durch das Äther-/Energiefeld des Nullpunkts geht.

Nun können wir sehen, dass diese Informationen eine geometrische Komponente enthalten, was darauf hindeutet, dass auch Atome die gleiche Geometrie haben müssen.

Eine weitere entdeckte Anomalie, die das Vorhandensein von Geometrie auf Quantenebene zeigt, ist Bells Ungleichmäßigkeitssatz.

Dabei werden zwei Photonen in entgegengesetzte Richtungen abgegeben. Jedes Photon wird von einer separaten angeregten Atomstruktur emittiert. Beide Atomstrukturen bestehen aus identischen Atomen und zerfallen beide mit der gleichen Geschwindigkeit.

Dadurch können zwei „gepaarte“ Photonen mit den gleichen energetischen Eigenschaften gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen freigesetzt werden. Beide Photonen passieren dann Polarisationsfilter wie Spiegel, die theoretisch die Bewegungsrichtung ändern sollten.

Wenn ein Spiegel in einem Winkel von 45° und der andere in einem Winkel von 30° positioniert wäre, wäre es natürlich zu erwarten, dass die Winkeldrehungen der Photonen unterschiedlich wären.

Als dieses Experiment jedoch durchgeführt wurde, vollzogen die Photonen trotz der unterschiedlichen Winkel der Spiegel gleichzeitig die gleiche Winkeldrehung!

Der Grad der Genauigkeit des Experiments ist atemberaubend, wie im Buch von Milo Wolf beschrieben:

„Im jüngsten Experiment von Elaine Aspect verwendeten Dalibard und Roger akustisch-optische Schalter mit einer Frequenz von 50 MHz, um die Möglichkeit lokaler Einflüsse von einem Detektor zum anderen vollständig auszuschließen und Polarisatorsätze während des Photonenflugs zu verschieben. .

Bells Theorem und die Ergebnisse des Experiments weisen darauf hin, dass Teile des Universums auf einer internen Ebene miteinander verbunden sind (d. h. für uns nicht offensichtlich), und dass diese Verbindungen grundlegend sind (die Quantentheorie ist grundlegend).

Wie können wir sie verstehen? Und obwohl das Problem sehr gründlich analysiert wurde (Wheeler und Zurek, 1983; d'Espagnat, 1983; Herbert, 1985; Stap, 1982; Bohm und Healy, 1984; Pagels, 1982; und andere), wurde keine Lösung gefunden .

Die Autoren stimmen der folgenden Beschreibung nichtlokaler Zusammenhänge tendenziell zu:
1. Sie verbinden Ereignisse an getrennten Orten ohne bekannte Felder oder Materie.
2. Sie werden mit zunehmender Entfernung nicht schwächer; sei es eine Million Kilometer oder ein Zentimeter.
3. Sie scheinen sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen.“

Zweifellos ist dies im Rahmen der Wissenschaft ein sehr rätselhaftes Phänomen.

Bells Theorem besagt, dass energetisch gepaarte „Photonen“ tatsächlich durch eine einzige geometrische Kraft zusammengehalten werden, nämlich das Tetraeder, das sich mit der Trennung der Photonen weiter ausdehnt (größer wird).

Während sich die Geometrie zwischen ihnen ausdehnt, behalten die Photonen weiterhin die gleiche Winkelphasenposition relativ zueinander bei.

Der nächste Untersuchungspunkt ist die elektromagnetische Welle selbst.

Wie die meisten Menschen wissen, besteht eine elektromagnetische Welle aus zwei Komponenten – einer elektrostatischen Welle und einer magnetischen Welle –, die sich gemeinsam bewegen. Interessanterweise stehen die beiden Wellen immer senkrecht zueinander.

Um zu veranschaulichen, was passiert, bittet Johnson, zwei Bleistifte gleicher Länge zu nehmen und sie senkrecht zueinander zu stellen; und der Abstand zwischen ihnen sollte der Länge des Bleistifts entsprechen:

Jetzt können wir jedes Ende des oberen Stifts mit jedem Ende des unteren Stifts verbinden. Auf diese Weise erhalten wir ein vierseitiges Objekt, das aus gleichseitigen Dreiecken zwischen zwei Bleistiften besteht, also ein Tetraeder.

Der gleiche Vorgang kann mit einer elektromagnetischen Welle durchgeführt werden, indem die Gesamthöhe der elektrostatischen oder magnetischen Welle (die dieselbe Höhe oder Amplitude haben) als Grundlänge genommen wird, wie bei den Stiften im Bild.

In der folgenden Abbildung können Sie sehen, dass die elektromagnetische Welle tatsächlich das „verborgene“ (Potenzial-)Tetraeder kopiert, wenn wir die Leitungen mit dem gleichen Verfahren verbinden:

An dieser Stelle ist es wichtig zu erwähnen, dass dieses Geheimnis immer wieder von verschiedenen Denkern entdeckt wurde, nur um von der Wissenschaft wieder vergessen zu werden.

Die Arbeit von Tom Bearden hat schlüssig gezeigt, dass James Clerk Maxwell dies wusste, als er seine komplexen „Quaternion“-Gleichungen schrieb.

Das verborgene Tetraeder wurde auch von Walter Russell und später von Buckminster Fuller beobachtet. Während Johnson seine Entdeckungen machte, war er sich früherer Durchbrüche nicht bewusst.

Der nächste zu berücksichtigende Punkt ist drehen*. Seit vielen Jahren wissen Physiker, dass sich energiereiche Teilchen „drehen“, wenn sie sich bewegen.
* Spin (Spin, - Rotation), das tatsächliche Impulsmoment eines Mikroteilchens, das Quantennatur hat und nicht mit der Bewegung des Teilchens als Ganzes verbunden ist; wird in Einheiten der Planckschen Konstante gemessen und kann eine ganze Zahl (0, 1, 2,...) oder eine halbe ganze Zahl (1/2, 3/2,...) sein.

Es scheint beispielsweise, dass „Elektronen“ während ihrer Bewegung in einem Atom ständig scharfe Drehungen von 180° oder „Halbspins“ ausführen.

Es wird oft beobachtet, dass „Quarks“ bei ihrer Bewegung einen Spin von „1/3“ oder „2/3“ erfahren, was es Gell-Mann ermöglichte, ihre Bewegungen in Tetraedern oder anderen Geometrien zu organisieren.

Keiner der Vertreter der traditionellen Wissenschaft hat eine hinreichende Erklärung dafür geliefert, warum dies geschieht.

Johnsons Modell zeigt, dass der 180°-„Spin“ der Elektronenwolken durch die Bewegung des Oktaeders erzeugt wird.

Es ist wichtig zu wissen, dass die 180-Grad-Bewegung tatsächlich aus zwei 90-Grad-Rotationen jedes Oktaeders resultiert.

Um in der Matrix der ihn umgebenden Geometrie an der gleichen Position zu bleiben, muss das Oktaeder „nach hinten kippen“, also um 180°.

Um in der gleichen Position zu bleiben, muss das Tetraeder entweder eine Drehung um 120° (1/3 Drehung) oder 240° (2/3 Drehung) ausführen. Der gleiche Vorgang erklärt das Geheimnis der spiralförmigen Bewegung von Torsionswellen. Wo immer Sie sich im Universum befinden, selbst „im Vakuum“, wird der Äther immer in diesen geometrischen Formen pulsieren und eine Matrix bilden.

Daher verläuft jeder momentane Impuls, der sich im Äther bewegt, entlang der Kanten geometrischer „Flüssigkristalle“ im Äther.

Daher wird die Spiralbewegung einer Torsionswelle durch die einfache Geometrie erzeugt, die die Welle auf ihrem Weg durchlaufen muss.

FEINSTRUKTURKONSTANT

Die Feinstrukturkonstante ist schwieriger zu visualisieren als die vorherigen Konstanten.

Wir haben diesen Abschnitt für diejenigen eingefügt, die sehen möchten, wie weit das „Matrix“-Modell geht. Die Feinstrukturkonstante ist ein weiterer Aspekt der Quantenphysik, von dem einige Mainstream-Wissenschaftler noch nicht einmal gehört haben, vielleicht weil sie für diejenigen, die dazu neigen, an teilchenbasierte Modelle zu glauben, völlig unerklärlich ist.

Stellen Sie sich die Elektronenwolke wie einen flexiblen Gummiball vor, und jedes Mal, wenn ein „Photon“ an Energie absorbiert oder freigesetzt wird (sogenannte Paarung), dehnt und biegt sich die Wolke, als würde sie zittern.

Die Elektronenwolke „trifft“ immer in einem festen, genauen Verhältnis zur Größe des Photons.

Das bedeutet, dass größere Photonen größere „Auswirkungen“ auf die Elektronenwolke haben werden, während kleinere Photonen kleinere „Auswirkungen“ auf die Elektronenwolke haben werden. Dieses Verhältnis bleibt unabhängig von den Maßeinheiten konstant.

Wie das Plancksche Wirkungsquantum ist auch die Feinstrukturkonstante eine weitere „abstrakte“ Zahl. Das bedeutet, dass wir das gleiche Verhältnis erhalten, egal in welchen Einheiten wir es messen.

Diese Konstante wurde kontinuierlich durch spektroskopische Analyse und in seinem Buch untersucht Seltsame Theorie von Licht und Materie Der Physiker Richard P. Feynman erklärte dieses Rätsel. (Man sollte bedenken, dass das Wort „Paarung“ die Verbindung oder Trennung eines Photons und eines Elektrons bedeutet.)

„Es gibt eine sehr tiefgreifende und schöne Frage im Zusammenhang mit der beobachteten Paarungskonstante e, - die Amplitude eines echten Elektrons, ein echtes Photon zu emittieren oder zu absorbieren. Diese einfache experimentell ermittelte Zahl liegt nahe bei 0,08542455 .
Physiker merken sich diese Zahl lieber als Kehrwert ihres Quadrats – ungefähr 137,03597 wobei die letzten beiden Dezimalstellen unsicher sind.
Es bleibt bis heute ein Rätsel, obwohl es vor mehr als 50 Jahren entdeckt wurde.
Sie möchten sofort wissen, woher die Paarungsnummer stammt: Hat sie etwas damit zu tun? π oder vielleicht mit der Basis natürlicher Logarithmen?
Niemand weiß das, das ist eines der größten Geheimnisse der Physik – eine magische Zahl, die zu uns gekommen ist und für den Menschen nicht verständlich ist.
Wir wissen sehr genau, welche Art von Tanz geübt werden sollte, um diese Zahl zu messen, aber wir wissen nicht, welche Art von Tanz am Computer ausgeführt werden sollte, um diese Zahl zu erhalten, ohne daraus ein Geheimnis zu machen.“

In Johnsons Modell gibt es für das Problem der Feinstrukturkonstanten eine sehr einfache akademische Lösung.

Wie gesagt, das Photon bewegt sich entlang zweier miteinander verbundener Tetraeder, und die elektrostatische Kraft im Inneren des Atoms wird durch das Oktaeder unterstützt.

Wir erhalten die Feinstrukturkonstante, indem wir einfach die Volumina eines Tetraeders und eines Oktaeders während ihrer Kollision vergleichen. Alles, was wir tun, ist Teilen Sie das Volumen des in die Kugel eingeschriebenen Tetraeders durch das Volumen des in die Kugel eingeschriebenen Oktaeders. Als Differenz zwischen ihnen erhalten wir die Feinstrukturkonstante. Um zu zeigen, wie dies geschieht, bedarf es einiger weiterer Erklärungen.

Da ein Tetraeder vollständig dreieckig ist, teilen die drei Eckpunkte einer seiner Flächen den Kreis unabhängig davon, wie er gedreht wird, in drei gleiche Teile von jeweils 120 °.

Um das Tetraeder mit der Geometrie der ihn umgebenden Matrix ins Gleichgewicht zu bringen, müssen Sie es daher nur um 120° drehen, sodass es in der gleichen Position wie zuvor landet.

Dies ist leicht zu erkennen, wenn Sie sich ein Auto mit dreieckigen Rädern vorstellen und es so bewegen möchten, dass die Räder so aussehen wie vorher. Dazu muss sich jedes Dreiecksrad genau um 120° drehen.

Um das Gleichgewicht wiederherzustellen, muss ein Oktaeder immer „auf den Kopf“ oder um 180 ° gedreht werden.

Wenn Ihnen die Auto-Analogie gefällt, sollten die Räder die Form eines klassischen Diamanten haben.

Damit der Diamant genauso aussieht wie am Anfang, müssen Sie ihn auf den Kopf stellen, also um 180°.

Das folgende Zitat von Johnson erklärt die Feinstrukturkonstante anhand dieser Informationen:

„(Wenn Sie) über statische Aufladung nachdenken elektrisches Feld als Oktaeder und das dynamische Magnetfeld als Tetraeder, dann beträgt das geometrische Verhältnis (zwischen ihnen) 180:120.

Wenn Sie sie als Kugeln betrachten, deren Volumina im Bogenmaß ausgedrückt werden, dividieren Sie einfach die Volumina durcheinander und Sie erhalten eine feinkörnige Konstante.“

Der Begriff „Volumen im Bogenmaß“ bedeutet, dass Sie das Volumen eines Objekts anhand seines Radius berechnen, der der Hälfte der Breite des Objekts entspricht.

Interessant: Nachdem Johnson gezeigt hatte, dass man sich die Feinstrukturkonstante als die Beziehung zwischen einem Oktaeder und einem Tetraeder vorstellen kann, als Energie, die sich von einem zum anderen bewegt, entdeckte Jerry Iuliano, dass man sie sich als die „Rest“-Energie vorstellen kann, die entsteht wenn wir die Kugel zu einem Würfel zusammendrücken oder den Würfel zu einer Kugel ausdehnen!

Solche Veränderungen der Ausdehnung und Kontraktion zwischen zwei Objekten werden als „Tessellation“ bezeichnet, und Iulianos Berechnungen sind nicht schwer durchzuführen, nur hatte vorher noch niemand daran gedacht.

In Iulianos Berechnungen ändert sich das Volumen der beiden Objekte nicht; Sowohl der Würfel als auch die Kugel haben Volumen 8π·π 2 .

Wenn wir sie miteinander vergleichen, besteht der einzige Unterschied in der Größe der Oberfläche. Zusätzlicher Bereich Die Oberfläche zwischen Würfel und Kugel ist gleich der Feinstrukturkonstante.

Sie fragen: „Wie kann eine Feinstrukturkonstante sowohl die Beziehung zwischen einem Oktaeder und einem Tetraeder als auch die Beziehung zwischen einem Würfel und einer Kugel sein?“

Dies ist ein weiterer Aspekt der Magie der „Symmetrie“, bei der wir sehen, dass verschiedene geometrische Formen die gleichen Eigenschaften haben können, weil sie alle in perfekter harmonischer Beziehung ineinander verschachtelt sind.

Die Ansichten von Johnson und Iuliano zeigen, dass wir es mit der Arbeit geometrisch strukturierter Energie im Atom zu tun haben.

Es ist auch wichtig, sich daran zu erinnern, dass Iulianos Entdeckungen die klassische Geometrie der „Quadratur des Kreises“ demonstrieren.

Diese Position ist seit langem ein zentrales Element in den esoterischen Traditionen der „heiligen Geometrie“, da man glaubte, sie zeige das Gleichgewicht zwischen der physischen Welt, dargestellt durch das Quadrat oder den Würfel, und der spirituellen Welt, dargestellt durch den Kreis oder die Kugel.

Und jetzt können wir sehen, dass dies ein weiteres Beispiel für „verborgenes Wissen“ ist, das in einer Metapher verschlüsselt ist, sodass die Menschen mit der Zeit wieder ein wahres Verständnis der geheimen Wissenschaft hinter der Metapher erlangen.

Sie wussten, dass wir nicht verstehen würden, was wir beobachteten, bis wir die Feinstrukturkonstante entdeckten. Deshalb wurde dieses alte Wissen bewahrt – um uns den Schlüssel zu zeigen.

Und das ist der Schlüssel Heilige Geometrie war in der Quantenrealität schon immer präsent; es blieb einfach bis jetzt ungeklärt, weil traditionelle Wissenschaft bleibt weiterhin in den Fesseln altmodischer „Partikel“-Modelle.

In diesem Modell ist es nicht mehr notwendig, Atome auf eine bestimmte Größe zu beschränken; Sie sind in der Lage, sich auszudehnen und die gleichen Eigenschaften beizubehalten.

Sobald wir verstehen, was im Quantenbereich passiert, werden wir in der Lage sein, Materialien zu schaffen, die ultrastark und ultraleicht sind, weil wir jetzt die genauen geometrischen Anordnungen kennen, die Atome dazu zwingen, sich effizienter zu verbinden.

Es hieß, die Wrackteile von Roswell seien unglaublich leicht und dennoch so stark, dass sie nicht zerschnitten, verbrannt oder zerstört werden könnten. Dies sind die Arten von Materialien, die wir herstellen können, sobald wir die neue Quantenphysik vollständig verstanden haben.

Daran erinnern wir uns Quasikristalle speichern Wärme sehr gut, leiten oft keinen Strom, selbst wenn die Metalle in ihrer Zusammensetzung enthalten sind natürliche Form gute Führer.

Ebenso sind Mikrocluster nicht zulässig Magnetfelder dringen in die Cluster selbst ein.

Johnsons Physik besagt, dass eine solche geometrisch perfekte Struktur perfekt verbunden ist, sodass keine thermische oder elektromagnetische Energie durch sie hindurchdringen kann. Die innere Geometrie ist so kompakt und präzise, ​​dass es buchstäblich keinen „Raum“ für die Strombewegung zwischen den Molekülen gibt.

; H= 4,135 667 662(25) × 10 −15 eV · .

Der Wert wird häufig verwendet ℏ ≡ h 2 π (\displaystyle \hbar \equiv (\frac (h)(2\pi ))):

ħ = 1,054 571 800(13) × 10 −34 J · ; ħ = 1,054 571 800(13) × 10 −27 erg · ; ħ = 6,582 119 514(40) × 10 −16 eV ,

wird als reduzierte (manchmal rationalisierte oder reduzierte) Planck-Konstante oder Dirac-Konstante bezeichnet. Die Verwendung dieser Notation vereinfacht viele Formeln der Quantenmechanik, da diese Formeln die traditionelle Planck-Konstante geteilt durch die Konstante enthalten 2 π (\displaystyle (2\pi )).

Physikalische Bedeutung

In der Quantenmechanik hat der Impuls die physikalische Bedeutung eines Wellenvektors [ ], Energie – Frequenzen und Aktion – Phasen der Welle, jedoch werden mechanische Größen traditionell (historisch) in anderen Einheiten (kg m/s, J, J s) als die entsprechenden Welleneinheiten (m −1, s −) gemessen 1, dimensionslose Phaseneinheiten). Die Plancksche Konstante spielt die Rolle eines Umrechnungsfaktors (immer derselbe), der diese beiden Einheitensysteme – Quanten- und traditionelles – verbindet:

p = ℏ k (| p | = 2 π ℏ / λ) (\displaystyle \mathbf (p) =\hbar \mathbf (k) \,\,\,(|\mathbf (p) |=2\pi \ hbar /\lambda))(Impuls), E = ℏ ω (\displaystyle E=\hbar \omega )(Energie), S = ℏ ϕ (\displaystyle S=\hbar \phi )(Aktion).

Wäre das System der physikalischen Einheiten nach dem Aufkommen der Quantenmechanik entstanden und zur Vereinfachung der theoretischen Grundformeln angepasst worden, wäre das Plancksche Wirkungsquantum wahrscheinlich einfach gleich eins oder jedenfalls einer runderen Zahl gemacht worden. In der theoretischen Physik ein Einheitensystem mit ℏ = 1 (\displaystyle \hbar =1), drin

p = k (| p | = 2 π / λ) , (\displaystyle \mathbf (p) =\mathbf (k) \,\,\,(|\mathbf (p) |=2\pi /\lambda) ,) E = ω , (\displaystyle E=\omega ,) S = ϕ , (\displaystyle S=\phi ,) (ℏ = 1) . (\displaystyle (\hbar =1).)

Die Plancksche Konstante hat auch eine einfache bewertende Rolle bei der Abgrenzung der Anwendungsbereiche der klassischen Physik und der Quantenphysik: Sie wird mit der Größe der für das betrachtete System charakteristischen Wirkung oder des Drehimpulses oder dem Produkt des charakteristischen Impulses verglichen charakteristische Größe oder charakteristische Energie für eine charakteristische Zeit zeigt, wie anwendbar die klassische Mechanik auf ein gegebenes physikalisches System ist. Nämlich, wenn S (\displaystyle S)- die Wirkung des Systems und M (\displaystyle M) ist sein Drehimpuls, dann bei S ℏ ≫ 1 (\displaystyle (\frac (S)(\hbar ))\gg 1) oder M ℏ ≫ 1 (\displaystyle (\frac (M)(\hbar ))\gg 1) Das Verhalten des Systems wird durch die klassische Mechanik mit guter Genauigkeit beschrieben. Diese Schätzungen stehen in ziemlich direktem Zusammenhang mit den Heisenberg-Unsicherheitsrelationen.

Geschichte der Entdeckung

Plancksche Formel für Wärmestrahlung

Die Plancksche Formel ist ein Ausdruck für die spektrale Leistungsdichte einer Schwarzkörperstrahlung, die von Max Planck für die Gleichgewichtsstrahlungsdichte ermittelt wurde u (ω , T) (\displaystyle u(\omega ,T)). Plancks Formel entstand, nachdem klar wurde, dass die Rayleigh-Jeans-Formel Strahlung nur im langwelligen Bereich zufriedenstellend beschreibt. Im Jahr 1900 schlug Planck eine Formel mit einer Konstante (später Plancksche Konstante genannt) vor, die gut mit experimentellen Daten übereinstimmte. Gleichzeitig glaubte Planck, dass diese Formel nur ein gelungener mathematischer Trick sei, aber keine physikalische Bedeutung habe. Das heißt, Planck ging nicht davon aus, dass elektromagnetische Strahlung in Form einzelner Energieanteile (Quanten) emittiert wird, deren Größe mit der zyklischen Frequenz der Strahlung durch den Ausdruck zusammenhängt:

ε = ℏ ω . (\displaystyle \varepsilon =\hbar \omega .)

Proportionalitätsfaktor ħ später benannt Plancksche Konstante , ħ ≈ 1,054⋅10 −34 J s.

Fotoeffekt

Der photoelektrische Effekt ist die Emission von Elektronen durch eine Substanz unter dem Einfluss von Licht (und im Allgemeinen jeder elektromagnetischen Strahlung). In kondensierten Stoffen (fest und flüssig) gibt es einen äußeren und inneren photoelektrischen Effekt.

Der photoelektrische Effekt wurde 1905 von Albert Einstein (für den er 1921 dank der Nominierung des schwedischen Physikers Oseen den Nobelpreis erhielt) auf der Grundlage von Plancks Hypothese über die Quantennatur des Lichts erklärt. Einsteins Werk enthielt eine wichtige neue Hypothese – wenn Planck dieses Licht vorschlug emittiert wird nur in quantisierten Portionen, dann glaubte bereits Einstein, dass Licht und existiert nur in Form quantisierter Portionen. Aus dem Energieerhaltungssatz folgt bei der Darstellung von Licht in Form von Teilchen (Photonen) Einsteins Formel für den photoelektrischen Effekt:

ℏ ω = A o u t + m v 2 2 , (\displaystyle \hbar \omega =A_(out)+(\frac (mv^(2))(2)),)

Wo A o u t (\displaystyle A_(out))- sogenannt Austrittsarbeit (Mindestenergie, die erforderlich ist, um einem Stoff ein Elektron zu entziehen), m v 2 2 (\displaystyle (\frac (mv^(2))(2)))- kinetische Energie des emittierten Elektrons, ω (\displaystyle \omega)- Frequenz des einfallenden Photons mit Energie ℏ ω , (\displaystyle \hbar \omega ,) ℏ (\displaystyle \hbar )- Plancksche Konstante. Aus dieser Formel folgt die Existenz der roten Grenze des photoelektrischen Effekts, also der Existenz der niedrigsten Frequenz, unterhalb derer die Photonenenergie nicht mehr ausreicht, um ein Elektron aus dem Körper „herauszuschlagen“. Der Kern der Formel besteht darin, dass die Energie eines Photons für die Ionisierung eines Atoms einer Substanz aufgewendet wird, also für die Arbeit, die zum „Herausreißen“ eines Elektrons erforderlich ist, und der Rest in die kinetische Energie des Elektrons umgewandelt wird.

Compton-Effekt

Messmethoden

Nutzung der Gesetze des photoelektrischen Effekts

Diese Methode zur Messung der Planckschen Konstante nutzt das Einsteinsche Gesetz für den photoelektrischen Effekt:

K m a x = h ν − A , (\displaystyle K_(max)=h\nu -A,)

Wo K m ein x (\displaystyle K_(max))- maximale kinetische Energie der von der Kathode emittierten Photoelektronen,

ν (\displaystyle \nu )- Frequenz des einfallenden Lichts, A (\displaystyle A)- sogenannt Elektronenaustrittsarbeit.

Die Messung wird so durchgeführt. Zunächst wird die Kathode der Fotozelle mit monochromatischem Licht einer Frequenz bestrahlt ν 1 (\displaystyle \nu _(1)), während an die Fotozelle eine Sperrspannung angelegt wird, so dass der Strom durch die Fotozelle stoppt. In diesem Fall ergibt sich folgender Zusammenhang, der sich direkt aus dem Einsteinschen Gesetz ergibt:

h ν 1 = A + e U 1 , (\displaystyle h\nu _(1)=A+eU_(1),)

Wo e (\displaystyle e) -

Dieser auf dem Photonenkonzept basierende Artikel enthüllt die physikalische Essenz der „Grundkonstante“ des Planckschen Wirkungsquantums. Es werden Argumente angeführt, um zu zeigen, dass die Plancksche Konstante ein typischer Photonenparameter ist, der eine Funktion seiner Wellenlänge ist.

Einführung. Das Ende des 19. und der Beginn des 20. Jahrhunderts waren von einer Krise der theoretischen Physik geprägt, die durch die Unfähigkeit verursacht wurde, mit den Methoden der klassischen Physik eine Reihe von Problemen zu begründen, darunter die „Ultraviolettkatastrophe“. Der Kern dieses Problems bestand darin, dass bei der Aufstellung des Gesetzes der Energieverteilung im Strahlungsspektrum eines absolut schwarzen Körpers mit den Methoden der klassischen Physik die spektrale Energiedichte der Strahlung mit abnehmender Wellenlänge der Strahlung auf unbestimmte Zeit zunehmen sollte. Tatsächlich zeigte dieses Problem, wenn nicht die interne Inkonsistenz der klassischen Physik, so doch auf jeden Fall eine äußerst scharfe Diskrepanz mit elementaren Beobachtungen und Experimenten.

Studien über die Eigenschaften der Schwarzkörperstrahlung, die über fast vierzig Jahre (1860-1900) durchgeführt wurden, gipfelten in Max Plancks Hypothese, dass die Energie jedes Systems E beim Aussenden oder Absorbieren elektromagnetischer Strahlungsfrequenz ν (\displaystyle ~\nu ) kann sich nur um einen Betrag ändern, der ein Vielfaches der Quantenenergie ist:

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

Proportionalitätsfaktor H im Ausdruck (1) unter dem Namen „Plancksche Konstante“ in die Wissenschaft eingegangen, wird Hauptkonstante Quantentheorie .

Das Schwarzkörperproblem wurde 1905 überarbeitet, als Rayleigh und Jeans einerseits und Einstein andererseits unabhängig voneinander bewiesen, dass die klassische Elektrodynamik das beobachtete Strahlungsspektrum nicht rechtfertigen konnte. Dies führte zur sogenannten „Ultraviolettkatastrophe“, die Ehrenfest 1911 so bezeichnete. Die Bemühungen der Theoretiker (zusammen mit Einsteins Arbeiten zum photoelektrischen Effekt) führten zu der Erkenntnis, dass Plancks Postulat über die Quantisierung von Energieniveaus nicht einfach war mathematischer Formalismus, aber wichtiges Element Vorstellungen über die physische Realität.

Weitere Entwicklung Plancks Quantenideen – die Begründung des photoelektrischen Effekts durch die Hypothese der Lichtquanten (A. Einstein, 1905), das Postulat in Bohrs Atomtheorie der Quantisierung des Drehimpulses eines Elektrons in einem Atom (N. Bohr, 1913) , die Entdeckung der De-Broglie-Beziehung zwischen der Masse eines Teilchens und seiner Wellenlänge (L. De Broglie, 1921) und dann die Schaffung der Quantenmechanik (1925–26) und die Festlegung grundlegender Unsicherheitsbeziehungen zwischen Impuls und Koordinate und zwischen Energie und Zeit (W. Heisenberg, 1927) führte zur Begründung des grundlegenden Status des Planckschen Wirkungsquantums in der Physik.

Auch die moderne Quantenphysik vertritt diesen Standpunkt: „In Zukunft wird uns klar werden, dass die Formel E / ν = h das Grundprinzip der Quantenphysik ausdrückt, nämlich den universellen Zusammenhang zwischen Energie und Frequenz: E = hν.“ Dieser Zusammenhang ist der klassischen Physik völlig fremd und die mystische Konstante h ist eine Manifestation der damals noch nicht verstandenen Geheimnisse der Natur.“

Gleichzeitig gab es eine alternative Sicht auf das Plancksche Wirkungsquantum: „In Lehrbüchern der Quantenmechanik heißt es, dass die klassische Physik eine Physik ist, in der H gleich Null. Aber tatsächlich ist die Plancksche Konstante H - Dies ist nichts anderes als eine Größe, die tatsächlich ein in der klassischen Physik bekanntes Konzept des Gyroskops definiert. Interpretation für Kenner, die Physik studieren H ≠ 0 ist ein reines Quantenphänomen, das in der klassischen Physik kein Analogon hat und eines der Hauptelemente war, das den Glauben an die Notwendigkeit der Quantenmechanik stärken sollte.“

Daher waren die Ansichten der theoretischen Physiker über das Plancksche Wirkungsquantum geteilt. Auf der einen Seite liegt ihre Exklusivität und Mystifizierung, auf der anderen Seite der Versuch, eine physikalische Interpretation zu geben, die nicht über den Rahmen der klassischen Physik hinausgeht. Diese Situation besteht in der Physik derzeit fort und wird so lange bestehen bleiben, bis das physikalische Wesen dieser Konstante festgestellt ist.

Die physikalische Essenz der Planckschen Konstante. Planck konnte den Wert berechnen H aus experimentellen Daten zur Schwarzkörperstrahlung: Das Ergebnis betrug 6,55 10 −34 J s, mit einer Genauigkeit von 1,2 % des derzeit akzeptierten Wertes, um jedoch das physikalische Wesen der Konstante zu rechtfertigen H er konnte nicht. Die Offenlegung des physikalischen Wesens irgendwelcher Phänomene ist nicht charakteristisch für die Quantenmechanik: „Der Grund für die Krisensituation in bestimmten Bereichen der Wissenschaft ist die allgemeine Unfähigkeit der modernen theoretischen Physik, das physikalische Wesen von Phänomenen zu verstehen und den inneren Mechanismus von Phänomenen aufzudecken.“ , die Struktur materieller Formationen und Interaktionsfelder, um die Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Elementen und Phänomenen zu verstehen.“ Daher konnte sie sich in dieser Angelegenheit außer der Mythologie nichts anderes vorstellen. Im Allgemeinen spiegeln sich diese Ansichten in der Arbeit wider: „Plancks Konstante H als physikalische Tatsache bedeutet die Existenz der kleinsten, nicht reduzierbaren und nicht kontrahierbaren endlichen Menge an Wirkung in der Natur. Als Kommutator ungleich Null für jedes Paar dynamischer und kinematischer Größen, die durch ihr Produkt die Dimension der Wirkung bilden, führt das Plancksche Wirkungsquantum für diese Größen zur Eigenschaft der Nichtkommutativität, die wiederum die primäre und irreduzible Quelle der ist zwangsläufig probabilistische Beschreibung der physikalischen Realität in beliebigen Räumen der Dynamik und Kinematik. Daher die Universalität und Universalität der Quantenphysik.“

Im Gegensatz zu den Ansichten der Anhänger der Quantenphysik über die Natur des Planckschen Wirkungsquantums waren ihre Gegner pragmatischer. Die physikalische Bedeutung ihrer Ideen wurde auf „die Berechnung der Größe des Hauptdrehimpulses des Elektrons mit Methoden der klassischen Mechanik“ reduziert Sport (Drehimpuls, der mit der Drehung des Elektrons um seine eigene Achse verbunden ist) und Erhalten eines mathematischen Ausdrucks für das Plancksche Wirkungsquantum „ H „durch bekannte Grundkonstanten.“ Worauf basierte die physische Essenz: „ Plancksche Konstante « H » gleich Größe klassisch Hauptdrehimpuls des Elektrons (verbunden mit der Drehung des Elektrons um seine eigene Achse), multipliziert mit 4 P. ”

Der Irrtum dieser Ansichten liegt im Missverständnis der Natur der Elementarteilchen und der Ursprünge des Auftretens des Planckschen Wirkungsquantums. Ein Elektron ist ein Strukturelement eines Atoms einer Substanz, das sein eigenes hat funktionaler Zweck- Formation physikalische und chemische Eigenschaften Atome der Materie. Daher kann es nicht als Träger elektromagnetischer Strahlung fungieren, d. h. Plancks Hypothese über die Energieübertragung durch ein Quant ist auf das Elektron nicht anwendbar.

Um das physikalische Wesen der Planckschen Konstante zu untermauern, betrachten wir dieses Problem aus einer historischen Perspektive. Daraus folgt, dass die Lösung des Problems der „Ultraviolettkatastrophe“ Plancks Hypothese war, dass die Strahlung eines vollständig schwarzen Körpers in Portionen, also in Energiequanten, erfolgt. Viele Physiker jener Zeit gingen zunächst davon aus, dass die Quantisierung der Energie das Ergebnis einer unbekannten Eigenschaft der Materie sei, nämlich Absorption und Emission Elektromagnetische Wellen. Allerdings entwickelte Einstein bereits 1905 Plancks Idee und schlug vor, dass die Energiequantisierung eine Eigenschaft der elektromagnetischen Strahlung selbst sei. Basierend auf der Hypothese der Lichtquanten erklärte er eine Reihe von Mustern des photoelektrischen Effekts, der Lumineszenz und photochemischen Reaktionen.

Die Gültigkeit von Einsteins Hypothese wurde experimentell durch die Untersuchung des photoelektrischen Effekts von R. Millikan (1914–1916) und Untersuchungen der Streuung von Röntgenstrahlen durch Elektronen durch A. Compton (1922–1923) bestätigt. Dadurch wurde es möglich, ein Lichtquant als Elementarteilchen zu betrachten, das denselben kinematischen Gesetzen unterliegt wie Materieteilchen.

Im Jahr 1926 schlug Lewis den Begriff „Photon“ für dieses Teilchen vor, der von der wissenschaftlichen Gemeinschaft übernommen wurde. Nach modernen Vorstellungen ist ein Photon ein Elementarteilchen, ein Quantum elektromagnetischer Strahlung. Photonenruhemasse M g ist Null (experimenteller Grenzwert). M G<5 . 10 -60 г), и поэтому его скорость равна скорости света . Электрический заряд фотона также равен нулю .

Wenn ein Photon ein Quant (Träger) elektromagnetischer Strahlung ist, kann seine elektrische Ladung nicht gleich Null sein. Die Inkonsistenz dieser Darstellung des Photons wurde zu einem der Gründe für das Missverständnis des physikalischen Wesens des Planckschen Wirkungsquantums.

Die unlösbare Begründung des physikalischen Wesens der Planckschen Konstante im Rahmen bestehender physikalischer Theorien kann durch das von V.A Atsyukovsky entwickelte etherodynamische Konzept überwunden werden.

In ätherdynamischen Modellen werden Elementarteilchen behandelt als geschlossene Wirbelformationen(Ringe), in deren Wänden der Äther deutlich verdichtet ist, und Elementarteilchen, Atome und Moleküle sind Strukturen, die solche Wirbel vereinen. Das Vorhandensein von Ring- und Schraubenbewegungen entspricht dem Vorhandensein eines mechanischen Moments (Spin) in den Teilchen, das entlang der Achse ihrer freien Bewegung gerichtet ist.

Nach diesem Konzept ist ein Photon strukturell ein geschlossener toroidaler Wirbel mit einer kreisförmigen Bewegung des Torus (wie bei einem Rad) und einer darin befindlichen Schraubenbewegung. Die Quelle der Photonenerzeugung ist ein Proton-Elektron-Paar von Atomen einer Substanz. Durch die Anregung erzeugt jedes Proton-Elektron-Paar aufgrund der Symmetrie seiner Struktur zwei Photonen. Eine experimentelle Bestätigung hierfür ist der Prozess der Vernichtung eines Elektrons und eines Positrons.

Photon ist das einzige Elementarteilchen, die durch drei Arten von Bewegungen gekennzeichnet ist: Rotationsbewegung um die eigene Rotationsachse, geradlinige Bewegung in eine bestimmte Richtung und Rotationsbewegung mit einem bestimmten Radius R relativ zur Achse der linearen Bewegung. Die letzte Bewegung wird als Bewegung entlang einer Zykloide interpretiert. Eine Zykloide ist eine periodische Funktion entlang der x-Achse mit einer Periode 2π R (\displaystyle 2\pi r)/…. Bei einem Photon wird die Periode der Zykloide als Wellenlänge interpretiert λ , welches das Argument aller anderen Parameter des Photons ist.

Andererseits ist die Wellenlänge auch einer der Parameter elektromagnetischer Strahlung: eine Störung (Zustandsänderung) des sich im Raum ausbreitenden elektromagnetischen Feldes. Dabei ist die Wellenlänge der Abstand zwischen den beiden einander am nächsten liegenden Punkten im Raum, in denen die Schwingungen in der gleichen Phase auftreten.

Dies impliziert einen erheblichen Unterschied in den Konzepten der Wellenlänge eines Photons und der elektromagnetischen Strahlung im Allgemeinen.

Bei einem Photon hängen Wellenlänge und Frequenz durch die Beziehung zusammen

ν = u γ / λ, (2)

Wo u γ – Geschwindigkeit der geradlinigen Photonenbewegung.

Photon ist ein Konzept, das sich auf eine Familie (Satz) von Elementarteilchen bezieht, die durch gemeinsame Existenzzeichen verbunden sind. Jedes Photon zeichnet sich durch seine eigenen spezifischen Eigenschaften aus, darunter die Wellenlänge. Gleichzeitig ist es in der Praxis unter Berücksichtigung der gegenseitigen Abhängigkeit dieser Eigenschaften voneinander praktisch geworden, die Eigenschaften (Parameter) eines Photons als Funktion einer Variablen darzustellen. Als unabhängige Variable wurde die Photonenwellenlänge definiert.

Bekannter Wert u λ = 299.792.458 ± 1,2/, definiert als Lichtgeschwindigkeit. Dieser Wert wurde 1972 von K. Evenson und seinen Mitarbeitern mithilfe des Cäsium-Frequenznormals des CH 4 -Lasers und seiner Wellenlänge mithilfe des Krypton-Frequenznormals (ca. 3,39 μm) ermittelt. Somit wird die Lichtgeschwindigkeit formal als die lineare Geschwindigkeit von Photonen der Wellenlänge definiert λ = 3,39 10 -6 m. Theoretisch (\displaystyle 2\pi r)/… wurde festgestellt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit von (geradlinigen) Photonen variabel und nichtlinear ist, d. h. u λ = F( λ). Die experimentelle Bestätigung hierfür ist die Arbeit im Zusammenhang mit der Forschung und Entwicklung von Laserfrequenzstandards (\displaystyle 2\pi r)/…. Aus den Ergebnissen dieser Studien folgt, dass alle Photonen für welche λ < 3,39 10 -6 Ich bewege mich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Die Grenzgeschwindigkeit von Photonen (Gammabereich) ist die zweite Schallgeschwindigkeit des Äthers 3 10 8 m/s (\displaystyle 2\pi r)/….

Diese Studien lassen eine weitere wichtige Schlussfolgerung zu, dass die Änderung der Geschwindigkeit von Photonen im Bereich ihrer Existenz ≈ 0,1 % nicht überschreitet. Eine solch relativ kleine Änderung der Geschwindigkeit von Photonen im Bereich ihrer Existenz ermöglicht es uns, von der Geschwindigkeit von Photonen als einem quasi konstanten Wert zu sprechen.

Ein Photon ist ein Elementarteilchen, dessen integrale Eigenschaften Masse und elektrische Ladung sind. Ehrenhafts Experimente bewiesen, dass die elektrische Ladung eines Photons (Subelektrons) ein kontinuierliches Spektrum aufweist, und aus Millikans Experimenten folgt, dass für ein Photon im Röntgenbereich mit einer Wellenlänge von etwa 10 -9 m der Wert der elektrischen Ladung liegt Die Ladung beträgt 0,80108831 C (\displaystyle 2\pi r )/….

Gemäß der ersten materialisierten Definition des physikalischen Wesens der elektrischen Ladung: „ Die elektrische Elementarladung ist proportional zur Masse, die über den Querschnitt des Elementarwirbels verteilt ist„Die gegenteilige Aussage folgt, dass die über den Querschnitt des Wirbels verteilte Masse proportional zur elektrischen Ladung ist. Aus dem physikalischen Wesen der elektrischen Ladung folgt, dass auch die Photonenmasse ein kontinuierliches Spektrum aufweist. Basierend auf der strukturellen Ähnlichkeit der Elementarteilchen Proton, Elektron und Photon, der Wert der Masse und des Radius des Protons (bzw. m p = 1.672621637(83) 10 -27 kg, RP = 0,8751 10 -15 m (\displaystyle 2\pi r)/…) und unter der Annahme, dass die Ätherdichte in diesen Teilchen gleich ist, wird die Masse des Photons auf 10 -40 kg geschätzt, und sein Kreisbahnradius beträgt 0,179◦10 −16 m, Der Radius des Photonenkörpers (der Außenradius des Torus) soll im Bereich von 0,01 – 0,001 des Radius der Kreisbahn liegen, also in der Größenordnung von 10 –19 – 10 –20 m.

Basierend auf den Konzepten der Photonenmultiplizität und der Abhängigkeit der Photonenparameter von der Wellenlänge sowie aufgrund experimentell bestätigter Tatsachen der Kontinuität des Spektrums elektrischer Ladung und Masse können wir davon ausgehen e λ , m λ = F ( λ ) , die quasikonstant sind.

Basierend auf dem oben Gesagten können wir sagen, dass Ausdruck (1) die Beziehung zwischen der Energie eines Systems bei der Emission oder Absorption elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz festlegt ν (\displaystyle ~\nu ) ist nichts anderes als die Beziehung zwischen der Energie der von einem Körper emittierten oder absorbierten Photonen und der Frequenz (Wellenlänge) dieser Photonen. Und die Plancksche Konstante ist der Kopplungskoeffizient. Diese Darstellung der Beziehung zwischen der Photonenenergie und ihrer Frequenz nimmt der Planck-Konstante die Bedeutung ihrer Universalität und fundamentalen Natur. In diesem Zusammenhang wird das Plancksche Wirkungsquantum zu einem der Photonenparameter, abhängig von der Photonenwellenlänge.

Um diese Aussage vollständig und ausreichend zu beweisen, betrachten wir den Energieaspekt des Photons. Aus experimentellen Daten ist bekannt, dass ein Photon durch ein Energiespektrum gekennzeichnet ist, das eine nichtlineare Abhängigkeit aufweist: für Photonen im Infrarotbereich E λ = 0,62 eV für λ = 2 10 -6 m, Röntgen E λ = 124 eV für λ = 10 -8 m, Gammabereich E λ = 124000 eV für λ = 10 -11 m. Aus der Natur der Bewegung des Photons folgt, dass die Gesamtenergie des Photons aus der kinetischen Energie der Rotation um seine eigene Achse, der kinetischen Energie der Rotation entlang einer Kreisbahn (Zykloide) und der Energie der geradlinigen Bewegung besteht:

E λ = E 0 λ + E 1 λ+E 2 λ, (3)

wobei E 0 λ = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ die kinetische Energie der Rotation um die eigene Achse ist,

E 1 λ = m λ u λ 2 ist die Energie der geradlinigen Bewegung, E 2 λ = m λ R 2 λ ω 2 λ ist die kinetische Energie der Rotation entlang einer Kreisbahn, wobei r γ λ der Radius des Photonenkörpers ist , R γ λ ist der Radius der Kreisbahn, ω γ λ – Eigenfrequenz der Photonenrotation um die Achse, ω λ = ν ist die kreisförmige Rotationsfrequenz des Photons, m λ ist die Masse des Photons.

Kinetische Energie der Photonenbewegung auf einer Kreisbahn

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 λ ◦ (2π r λ / λ) 2 .

E 2 λ = E 1 λ ◦ (2π r λ / λ) 2 . (4)

Ausdruck (4) zeigt, dass die kinetische Energie der Rotation entlang einer Kreisbahn Teil der Energie der geradlinigen Bewegung ist, abhängig vom Radius der Kreisbahn und der Wellenlänge des Photons

(2π r λ / λ) 2 . (5)

Schätzen wir diesen Wert. Für Infrarotphotonen

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

Für Gammastrahlenphotonen

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

Somit ist im gesamten Existenzbereich eines Photons seine kinetische Rotationsenergie entlang einer Kreisbahn deutlich geringer als die Energie einer geradlinigen Bewegung und kann vernachlässigt werden.

Schätzen wir die Energie der geradlinigen Bewegung ab.

E 1 λ = m λ u λ 2 = 10 -40 kg (3 · 10 8 m/s) 2 =0,9 · 10 -23 kg m 2 /s 2 = 5,61 · 10 -5 eV.

Die Energie der geradlinigen Bewegung eines Photons in der Energiebilanz (3) ist deutlich geringer als die gesamte Photonenenergie, beispielsweise im Infrarotbereich (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.

Aufgrund der geringen Energien der geradlinigen Bewegung und der Bewegung entlang einer Kreisbahn können wir dies also sagen Das Energiespektrum eines Photons besteht aus dem Spektrum seiner eigenen kinetischen Rotationsenergien um die Photonenachse.

Daher kann Ausdruck (1) dargestellt werden als:

E 0 λ = hν ,

d.h.(\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)

Ausdruck (7) kann wie folgt dargestellt werden

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)

Wobei k λ (λ) = m λ r 2 γ λ eine Quasikonstante ist.

Schätzen wir die Werte der Eigenfrequenzen der Photonenrotation um die Achse: zum Beispiel,

Für λ = 2 10 -6 m (Infrarotbereich)

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

ω γ i = 3,14 10 29 U/s.

Für λ = 10 -11 m (Gammaband)

ω γ i = 1,4 10 32 U/s.

Schätzen wir das Verhältnis ω 2 γ λ / ω λ für Photonen im Infrarot- und Gammabereich ab. Nachdem wir die obigen Daten ersetzt haben, erhalten wir:

Für λ = 2 10 -6 m (Infrarotbereich) - ω 2 γ λ / ω λ = 6,607 10 44,

Für λ = 10 -11 m (Gammabereich) - ω 2 γ λ / ω λ = 6,653 10 44.

Das heißt, Ausdruck (8) zeigt, dass das Verhältnis des Quadrats der Frequenz der Eigenrotation des Photons zur Rotation entlang einer Kreisbahn ein quasi konstanter Wert für den gesamten Existenzbereich von Photonen ist. In diesem Fall ändert sich der Wert der Frequenz der Eigenrotation des Photons im Bereich seiner Existenz um drei Größenordnungen. Daraus folgt, dass das Plancksche Wirkungsquantum quasikonstant ist.

Lassen Sie uns Ausdruck (6) wie folgt transformieren

m λ r 2 γ λ ω γ λ ω γ λ = H ω λ .

M =H ω λ / ω γ λ , (9)

wobei M = m λ r 2 γ λ ω γ λ das eigene Kreiselmoment des Photons ist.

Aus Ausdruck (9) folgt die physikalische Essenz der Planckschen Konstante: Die Plancksche Konstante ist ein Proportionalitätskoeffizient, der die Beziehung zwischen dem eigenen Kreiselmoment des Photons und dem Verhältnis der Rotationsfrequenzen (entlang einer Kreisbahn und seiner eigenen) herstellt, die den Charakter hat eine Quasikonstante über den gesamten Existenzbereich des Photons.

Lassen Sie uns Ausdruck (7) wie folgt transformieren

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), = (M 2 γ λ / M λ) (10)

Ausdruck (10) zeigt auch, dass das Verhältnis des Quadrats des eigenen Kreiselmoments des Photons zum Kreiselmoment der Bewegung entlang einer Kreisbahn (Zykloide) über den gesamten Existenzbereich des Photons ein quasi konstanter Wert ist und durch bestimmt wird der Ausdruck H ( r 2 γ λ /R 2 λ).