If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:9:18

Видео транскрипция

Третирахме светлината като вълна и я чертаехме с този непрекъснат вълнов модел от трептящи електрически и магнитни полета, които се движат в някаква посока. И защо не трябва да я третираме като вълна? Ако я изпратиш през малък отвор, това електромагнитно излъчване ще се разпространи. Ще има дифракция и това правят вълните. Или, ако я оставиш да се припокрие със себе си, ако имаше някаква вълна в някаква област и се подреди перфектно с някаква друга електромагнитна вълна, получаваш конструктивна интерференция. Ако беше дефазирана ще получиш деструктивна интерференция. Това правят вълните. Защо не трябва да наричаме електромагнитното излъчване вълна? Това си мислели всички. Но през късните години на 19-ти век и ранните години на 20-ти век физиците открили нещо шокиращо. Открили, че светлината и всяко електромагнитно излъчване може да прояви и поведение на частица. И нямам просто предвид да е локализирана в някаква област от пространството. Вълните могат да бъдат локализирани. Ако изпратиш някаква вълна тук, която беше единична вълна, тази вълна си е доста локализирана. Когато се движи оттук тя ще изглежда като частица. Не това имаме предвид. Имаме предвид нещо по-драматично. Имаме предвид, че това, което физиците открили, било, че светлината и светлинните частици могат да вложат само определено количество енергия, само дискретни количества енергия. Има определено количество енергия, което светлината може да внесе, не по-малко от това. Затова това се нарича квантова механика. Знаеш за квантовия преход. Квантовата механика означава дискретен преход, нищо по-малко от това. Как наричаме тези частици светлина? Наричаме ги фотони. Как ги чертаем? Това е малко по-сложно. Знаем, че светлината може да се държи като вълна и като частица, така че понякога разделяме разликата. Понякога ще го видиш така – като вълноподобна частица. Това е един фотон, ето друг фотон. Това е проблемът. Основният проблем с двойнствеността вълна-частица – така се нарича – е фактът, че светлината – и всичко друго – може да се държи по начин, който показва вълноподобни свойства, може да показва свойства на частица, няма класически аналог на това. Не можем да си представим нищо, което сме виждали, което може да направи това, което може да се държи като вълна и като частица. Невъзможно е да начертаем някакъв вид визуално представяне, но винаги е добре да начертаем нещо. Чертаем фотоните ето така. И тук казвам, че ако имаш един детектор, който си стои тук и който може да измери светлинната енергия, която получава от някакъв източник на светлина, ако този детектор беше достатъчно чувствителен или ще получиш никаква светлинна енергия, или един голям скок, или никаква светлинна енергия, или, хоп, абсорбира друг фотон. Не можеш да получиш нищо по средата. Ако квантовият преход беше 3 единици енергия... Не искам още да давам специфичната единица, но, да кажем, 3 единици енергия, които можеш да абсорбираш, ако това беше количеството енергия за този фотон, ако тези фотони носеха 3 единици енергия, или ще абсорбираш никаква енергия, или ще абсорбираш всички 3 единици. Не можеш да абсорбираш половината. Не можеш да абсорбираш 1 единица енергия или 2 единици енергия. Можеш или да абсорбираш всичко, или нищо. Затова това е квантова механика. Получаваш това дискретно поведение на светлината, която влага цялата си енергия по начин, подобен на частица, или изобщо никаква енергия. Колко енергия? Имаме формула за това. Количеството енергия в един фотон е определено от тази формула. И първото нещо в нея е константата на Планк. h е буквата, която използваме за константата на Планк. И по f. Това е, формулата е проста. f е честотата. (на български използваме гръцката буква ню, v) Каква е константата на Планк? Планк е бил бащата на квантовата механика. Планк бил първият, който намерил каква е тази константа, и който предположил, че светлината може да вложи енергията си само в дискретни количества. Константата на Планк е изключително малка – тя е 6,626*10^-34 джаула по секунди. 10^-34? Няма много други толкова малки числа във физиката. По честотата – това е нормалната честота. Честота, брой трептения в секунда, измервана в херца. Сега можем да опитаме да разберем защо физиците никога не са открили това преди. И причината е, че константата на Планк е толкова малка, че енергията на тези фотони е толкова изключително малка. "Зърнистостта" на това дискретно количество енергия, което бива вложено, е толкова малка, че това просто изглежда гладко. Не можеш да кажеш, че има по-малко количество, или поне е много трудно да видим това. Вместо да казваме "три единици", нека сме по-точни. Каква е енергията на един фотон виолетова светлина? Честотата на виолетовата светлина е 7,5*10^14 херца. Ако вземеш това число по константата на Планк, 6,626*10^-34, получаваш, че енергията на един виолетов фотон е около 5*10^-19 джаула. 5*10^-19 е изключително малко. Трудно е да видим това. Трудно е да забележим това – тази енергия, която навлиза с това дискретно количество. Това е като водата. Имам предвид водата от мивката ти. Водата, течаща от мивката ти, изглежда непрекъсната. Знаем, че има много малки водни молекули тук, и че можеш да получиш само една водна молекула, никакви водни молекули, 10 водни молекули, дискретни количества от тези водни молекули, но има толкова много такива и те са толкова малки, че е трудно да кажем, че това не е напълно непрекъснато. Същото нещо се случва с тази светлина. Тази енергия е изключително малка. Всеки виолетов фотон допринася изключително малко количество енергия. Всъщност, ако искаш да знаеш колко малко е то, един професионален бейзболен играч, който хвърля бърза топка – това е около 100 джаула енергия. Ако искаше да знаеш колко от тези виолетови фотони ще са нужни, за да е равна енергията на енергията на една бейзболна топка, хвърлена със скорост, която постигат във висшата лига? Ще са нужни около 2 милион трилиона такива фотони, за да е равна енергията им на енергията, с която е хвърлена една бейзболна топка. Ето защо не виждаме това на макроскопичен мащаб. За всички цели, за всичко, което ни интересува, на макроскопично ниво светлината е непрекъсната. Тя може да вложи всякаква енергия, понеже мащабът е много малък тук. Но ако погледнеш отблизо, светлината може да вложи само дискретни количества. Нямам предвид, че светлината може да вложи само малки количества. Светлината може да вложи огромно количество енергия, но я влага на отделни групи. Помисли така... Нека се отървем от всичко това. Помисли така: Да кажем, че имаш детектор, който ще регистрира колко енергия абсорбира, и ще направим графика на това. Ще направим графика на това, което ще измери детектора, количеството енергия през времето, което измерва. Ще получим количеството енергия през времето. Можеш да абсорбираш огромни количества енергия. И на детектора, в макроскопичен мащаб, може да изглежда ето така. Получаваш все повече и повече светлинна енергия. Абсорбираш все повече и повече енергия, събираш все повече и повече енергия. Но казвам, че микроскопски, ако разгледаш това, тук се абсорбира един фотон. Тук се абсорбира друг фотон, абсорбира се друг фотон, абсорбират се няколко от тях. Продължаваш да абсорбираш групички от тези фотони. Можеш да натрупаш множество енергия. Това не е проблем. Ако просто разгледаш това достатъчно отблизо, имаш този стъпаловиден модел, който представлява абсорбиране на фотони в този момент, определен брой от тях. Може би абсорбира 3 в един момент, 4 в друг момент. Но междувременно не можеш да абсорбираш нищо. Не може да е напълно непрекъснато. Това трябва да е дискретен момент всичко-или-нищо на абсорбиране на енергия, който, на макроскопски мащаб, изглежда гладък, но на микроскопичен мащаб е подчертан от факта, че светлинната енергия навлиза на дискретни групички, описани от тази формула, която ти дава енергията на отделните фотони светлина.