எலக்ட்ரான்கள் அலைகளைப் போல செயல்படுகின்றன

ஒளி என்பது ஒரு மின்காந்த அலை என்பதை இயற்பியலாளர்கள் நீண்ட காலமாக அறிந்திருக்கிறார்கள். இன்றுவரை, இந்த நிலைப்பாட்டை யாரும் சந்தேகிக்கவில்லை, ஏனெனில் ஒளி அலை நடத்தையின் அனைத்து அறிகுறிகளையும் தெளிவாகக் காட்டுகிறது: ஒளி அலைகள் ஒன்றுடன் ஒன்று ஒன்றுடன் ஒன்று, குறுக்கீடு வடிவத்தை உருவாக்குகின்றன, அவை பிரிந்து, மாறுபாடு நேரத்தில் தடைகளைச் சுற்றி வளைக்க முடியும்.

வாத்து போல் நடக்கும், வாத்து போல் நீந்தும், வாத்து போல் துள்ளிக்குதிக்கும் பறவைகளை கண்டால், அந்த பறவையை வாத்து என்று அழைக்கிறோம். எனவே ஒளி மின்காந்த அலைஒளியில் அத்தகைய அலையின் நடத்தையின் புறநிலையாக கவனிக்கப்பட்ட அறிகுறிகளின் அடிப்படையில்.

இருப்பினும், 19 மற்றும் 20 ஆம் நூற்றாண்டின் பிற்பகுதியில், இயற்பியலாளர்கள் ஒளியின் "துகள்-அலை இரட்டைவாதம்" பற்றி பேசத் தொடங்கினார்கள். ஒளி என்பது ஒரு மின்காந்த அலை என்பது அறிவியலுக்கு ஒளியைப் பற்றித் தெரிந்தது அல்ல என்று மாறிவிடும். விஞ்ஞானிகள் ஒளியில் மிகவும் சுவாரஸ்யமான அம்சத்தைக் கண்டுபிடித்துள்ளனர்.

துகள்களின் நீரோட்டத்தின் நடத்தை எப்படியோ ஒளி தன்னை வெளிப்படுத்துகிறது என்று மாறிவிடும்.ஒரு சிறப்பு கண்டுபிடிப்பாளரால் ஒரு குறிப்பிட்ட காலத்திற்குள் கணக்கிடப்பட்ட பிறகு, ஒளியின் ஆற்றலானது தனித்தனி (முழு) துண்டுகளால் ஆனது.

எனவே, ஒளியின் ஆற்றல் தனித்துவமானது என்பது உண்மையாகிவிட்டது, ஏனென்றால் அது தனித்தனி துகள்களால் ஆனது - "குவாண்டா", அதாவது ஆற்றலின் மிகச்சிறிய முழு பகுதிகளிலும். அத்தகைய ஒளியின் துகள், ஒரு யூனிட் (அல்லது குவாண்டம்) ஆற்றலைச் சுமந்து, ஃபோட்டான் என்று அழைக்கப்பட்டது.

ஒரு ஃபோட்டானின் ஆற்றல் பின்வரும் சூத்திரத்தால் கண்டறியப்படுகிறது:

E — ஃபோட்டான் ஆற்றல், h — பிளாங்கின் மாறிலி, v — அதிர்வெண்.

ஜேர்மன் இயற்பியலாளர் மேக்ஸ் பிளாங்க் முதலில் ஒளி அலையின் தனித்தன்மையின் உண்மையை சோதனை ரீதியாக நிறுவினார் மற்றும் தனிப்பட்ட ஃபோட்டான்களின் ஆற்றலைக் கண்டுபிடிப்பதற்கான சூத்திரத்தில் தோன்றும் மாறிலி h இன் மதிப்பைக் கணக்கிட்டார். இந்த மதிப்பு மாறியது: 6.626 * 10-34 J * s. பிளாங்க் தனது பணியின் முடிவுகளை 1900களின் பிற்பகுதியில் வெளியிட்டார்.

உதாரணமாக, ஒரு ஊதா கதிர். அத்தகைய ஒளியின் அதிர்வெண் (f அல்லது v) 7.5 * 1014 ஹெர்ட்ஸ் பிளாங்கின் மாறிலி (h) 6.626 * 10-34 J * s ஆகும். இதன் பொருள் ஃபோட்டானின் ஆற்றல், (E), வயலட் நிறத்தின் சிறப்பியல்பு, 5 * 10-19 J. இது ஆற்றலின் ஒரு சிறிய பகுதியாகும், அதைப் பிடிக்க மிகவும் கடினமாக உள்ளது.

ஒரு மலை ஓடையை கற்பனை செய்து பாருங்கள் - அது ஒரு அலகாக பாய்கிறது, மேலும் அந்த நீரோடை உண்மையில் தனிப்பட்ட நீர் மூலக்கூறுகளால் ஆனது என்பதை நிர்வாணக் கண்ணால் பார்க்க முடியாது. இருப்பினும், இன்று, மேக்ரோஸ்கோபிக் பொருள்-ஓட்டம்-உண்மையில் தனித்துவமானது, அதாவது அது தனிப்பட்ட மூலக்கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதை நாம் அறிவோம்.

இதன் பொருள், நீரோடை பாயும் போது கடந்து செல்லும் நீர் மூலக்கூறுகளை கணக்கிட ஓடைக்கு அருகில் ஒரு மூலக்கூறு கவுண்டரை வைக்க முடிந்தால், கண்டறிதல் எப்போதும் முழு நீர் மூலக்கூறுகளை மட்டுமே கணக்கிடும், பகுதியல்ல.

இதேபோல், ஃபோட்டான் E இன் மொத்த ஆற்றலின் வரைபடம், t நேரத்தில் கணக்கிடப்படுகிறது - எப்போதும் நேரியல் அல்ல (மஞ்சள் உருவம்), ஆனால் படிநிலையாக (பச்சை உருவம்):

எனவே, ஃபோட்டான்கள் நகரும், அவை ஆற்றலைக் கொண்டு செல்கின்றன, எனவே அவை வேகத்தைக் கொண்டுள்ளன. ஆனால் ஃபோட்டானுக்கு நிறை இல்லை. பிறகு எப்படி வேகத்தைக் கண்டறிய முடியும்?

உண்மையில், ஒளியின் வேகத்திற்கு நெருக்கமான வேகத்தில் நகரும் பொருட்களுக்கு, கிளாசிக்கல் ஃபார்முலா p = mv வெறுமனே பொருந்தாது. இந்த அசாதாரண வழக்கில் வேகத்தை எவ்வாறு கண்டுபிடிப்பது என்பதைப் புரிந்து கொள்ள, சிறப்பு சார்பியல் கொள்கைக்கு திரும்புவோம்:

1905 ஆம் ஆண்டில், ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் இந்தக் கண்ணோட்டத்தில் விளக்கினார் ஒளிமின் விளைவு… உலோகத் தகடுக்குள் எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதை நாம் அறிவோம், அதன் உள்ளே அணுக்களின் நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கருக்களால் ஈர்க்கப்பட்டு உலோகத்தில் தக்கவைக்கப்படுகின்றன. ஆனால் நீங்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணின் ஒளியுடன் அத்தகைய தட்டை பிரகாசித்தால், நீங்கள் தட்டிலிருந்து எலக்ட்ரான்களைத் தட்டலாம்.

ஒளி உந்தத்துடன் துகள்களின் நீரோட்டத்தைப் போல செயல்படுவது போல் உள்ளது.மேலும் ஒரு ஃபோட்டானுக்கு நிறை இல்லாவிட்டாலும், அது எப்படியாவது ஒரு உலோகத்தில் உள்ள எலக்ட்ரானுடன் தொடர்பு கொள்கிறது, மேலும் சில நிபந்தனைகளின் கீழ் ஒரு ஃபோட்டானால் எலக்ட்ரானைத் தட்ட முடியும்.

எனவே தட்டில் ஒரு ஃபோட்டான் சம்பவத்திற்கு போதுமான ஆற்றல் இருந்தால், எலக்ட்ரான் உலோகத்திலிருந்து வெளியேறி, தட்டில் இருந்து வேகம் v உடன் நகரும். அப்படி நாக் அவுட் செய்யப்பட்ட எலக்ட்ரான் ஒளிமின்னணு எனப்படும்.

நாக் அவுட் எலக்ட்ரானுக்கு தெரிந்த நிறை m இருப்பதால், அது ஒரு குறிப்பிட்ட இயக்க ஆற்றல் mv கொண்டிருக்கும்.

ஃபோட்டானின் ஆற்றல், அது உலோகத்தில் செயல்படும் போது, ​​உலோகத்திலிருந்து எலக்ட்ரான் வெளியேறும் ஆற்றலாகவும் (வேலைச் செயல்பாடு) எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றலாகவும் மாற்றப்படுகிறது, இது நாக்-அவுட் எலக்ட்ரான் நகரத் தொடங்குகிறது. உலோகத்திற்கு வெளியே, அதை விட்டு.

அறியப்பட்ட அலைநீளத்தின் ஃபோட்டான் ஒரு உலோகத்தின் மேற்பரப்பைத் தாக்குகிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம், அதற்கான வேலை செயல்பாடு (உலோகத்திலிருந்து எலக்ட்ரானின்) அறியப்படுகிறது. இந்த வழக்கில், கொடுக்கப்பட்ட உலோகத்திலிருந்து வெளிப்படும் எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றலையும், அதன் வேகத்தையும் எளிதாகக் கண்டறியலாம்.

எலக்ட்ரான் வேலைச் செயல்பாட்டைச் செய்ய ஃபோட்டானின் ஆற்றல் போதுமானதாக இல்லாவிட்டால், எலக்ட்ரான் கொடுக்கப்பட்ட உலோகத்தின் மேற்பரப்பை விட்டு வெளியேற முடியாது மற்றும் ஒளிமின்னணு உருவாகாது.

1924 இல், ஒரு பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் லூயிஸ் டி ப்ரோக்லி அதன் படி ஒரு திருப்புமுனை யோசனையை முன்வைத்தார் ஒளியின் ஃபோட்டான்கள் மட்டுமல்ல, எலக்ட்ரான்களும் அலைகளைப் போல செயல்பட முடியும். விஞ்ஞானி எலக்ட்ரானின் அனுமான அலைநீளத்திற்கான சூத்திரத்தை கூட பெற்றார். இந்த அலைகள் பின்னர் "டி ப்ரோக்லி அலைகள்" என்று அழைக்கப்பட்டன.

டி ப்ரோக்லியின் கருதுகோள் பின்னர் உறுதிப்படுத்தப்பட்டது. 1927 இல் அமெரிக்க விஞ்ஞானிகளான கிளிண்டன் டேவிசன் மற்றும் லெஸ்டர் ஜெர்மர் ஆகியோரால் நடத்தப்பட்ட எலக்ட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் குறித்த இயற்பியல் பரிசோதனையானது, இறுதியாக எலக்ட்ரானின் அலைத் தன்மையை சுட்டிக்காட்டியது.

ஒரு சிறப்பு அணுக் கட்டமைப்பின் மூலம் எலக்ட்ரான்களின் கற்றை இயக்கப்பட்டபோது, ​​​​டிடெக்டர் படத்தை ஒன்றன் பின் ஒன்றாக பறக்கும் துகள்களாகப் பதிவு செய்திருக்க வேண்டும் என்று தோன்றுகிறது, இது எலக்ட்ரான்கள் துகள்களாக இருந்தால் தர்க்கரீதியாக எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

ஆனால் நடைமுறையில் நாம் அலை மாறுபாட்டின் ஒரு படப் பண்பு உள்ளது. மேலும், இந்த அலைகளின் நீளம் டி ப்ரோக்லி முன்மொழியப்பட்ட கருத்துடன் முற்றிலும் ஒத்துப்போகிறது.

இறுதியில், டி ப்ரோக்லியின் யோசனை, போரின் அணு மாதிரியின் கொள்கையை விளக்குவதை சாத்தியமாக்கியது, பின்னர் எர்வின் ஷ்ரோடிங்கர் இந்த யோசனைகளைப் பொதுமைப்படுத்தவும் நவீன குவாண்டம் இயற்பியலின் அடித்தளத்தை அமைப்பதையும் சாத்தியமாக்கியது.