Ilustrace převzaty z Newtonova původní dopis do Královské Společnosti (1. ledna 1671 ). S představuje sluneční světlo. Světlo mezi rovinami BC a DE je v barvě. Tyto barvy jsou rekombinované na formě slunečního záření na rovinu GH

Young ‚ s double slit experiment

Mezi 1670 a 1900 vědci diskutovali o povaze světla. Někteří vědci věřili, že světlo sestává z mnoha milionů drobných částic. Jiní vědci věřili, že světlo je vlna.

světlo: vlny nebo částice?Edit

v roce 1678 napsal Christiaan Huygens knihu Traité de la lumiere („pojednání o světle“). Věřil, že světlo je tvořeno vlnami. Řekl, že světlo nemůže být tvořeno částicemi, protože světlo ze dvou paprsků se neodrazí od každého other.In 1672 napsal Isaac Newton knihu Opticks. Věřil, že světlo je tvořeno červenými, žlutými a modrými částicemi, které nazýval korpusy. Newton to vysvětlil svým „experimentem se dvěma hranoly“. První hranol rozbil světlo do různých barev. Druhý hranol spojil tyto barvy zpět do bílého světla.

během 18. století byla Newtonově teorii věnována největší pozornost. V roce 1803 Thomas Young popsal „experiment s dvojitým štěrbinou“. V tomto experimentu světlo procházející dvěma úzkými štěrbinami zasahuje do sebe. To způsobuje vzor, který ukazuje, že světlo je tvořeno vlnami. Po zbytek devatenáctého století byla věnována největší pozornost vlnové teorii světla. V roce 1860 vyvinul James Clerk Maxwell rovnice, které popsaly elektromagnetické záření jako vlny.

teorie elektromagnetického záření zachází se světlem, rádiovými vlnami, mikrovlnami a mnoha dalšími typy vln jako se stejnou věcí, kromě toho, že mají různé vlnové délky. Vlnová délka světla, kterou vidíme očima, je zhruba mezi 400 a 600 nm. Vlnová délka rádiových vln se pohybuje od 10 m do 1500 m a vlnová délka mikrovln je asi 2 cm. Ve vakuu se všechny elektromagnetické vlny pohybují rychlostí světla. Frekvence elektromagnetické vlny je dána:

ν = c λ, {\displaystyle \nu ={\frac {c}{\lambda }}}

.

symboly jsou zde definovány.

černé tělové radiátoryeditovat

všechny teplé věci vydávají tepelné záření, což je elektromagnetické záření. Pro většinu věcí na Zemi je toto záření v infračerveném rozsahu, ale něco velmi horkého (1000 °C nebo více) vydává viditelné záření, tj. V pozdní 1800 mnoho vědců studovalo vlnové délky elektromagnetického záření z černých těles radiátorů při různých teplotách.

Rayleigh-Džíny LawEdit

Rayleigh-Džíny křivky a Planckova křivka vynesena proti foton vlnové délce.

Lord Rayleigh poprvé publikoval základy Rayleigh-Jeans zákona v roce 1900. Teorie byla založena na kinetické teorii plynů. Sir James Jeans publikoval úplnější teorii v roce 1905. Zákon se týká množství a vlnové délky elektromagnetické energie vydávané černým tělesným radiátorem při různých teplotách. Rovnice popisující toto je:

B λ ( T ) = 2 c k T λ 4 {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2ckT}{\lambda ^{4}}}}

.

pro záření s dlouhou vlnovou délkou výsledky předpovídané touto rovnicí dobře odpovídaly praktickým výsledkům získaným v laboratoři. Pro krátké vlnové délky (ultrafialové světlo) byl však rozdíl mezi teorií a praxí tak velký, že si vysloužil přezdívku „ultrafialová katastrofa“.

Planckův zákon

v roce 1895 zveřejnil výsledky svých studií záření z černého tělesa. Jeho vzorec byl:

B λ ( T ) = 2 h c 2 λ 5 e − h c λ k T {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}e^{-{\frac {hc}{\lambda kT}}}}

.

tento vzorec fungoval dobře pro elektromagnetické záření s krátkou vlnovou délkou, ale nefungoval dobře s dlouhými vlnovými délkami.

v roce 1900 Max Planck publikoval výsledky svých studií. Snažil se vytvořit výraz pro černé-radiace těla vyjádřená ve vlnové délce za předpokladu, že záření se skládala z malých kvant a pak vidět, co se stalo, pokud quanta byly nekonečně malé. (Jedná se o standardní matematický přístup). Výraz byl:

B λ ( T ) = 2 h c 2 λ 5 1 e h c λ k T − 1 {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}~{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda kT}}-1}}}

.

Pokud je vlnová délka světla velmi velká, pak lze ukázat, že vztahy Raleigh-Jeans a Planck jsou téměř totožné.

vypočítal h a k, a zjistil, že

h = 6.55×10-27 erg·sec. k = 1.34×10-16 erg·deg-1.

hodnoty se blíží současným přijatým hodnotám 6.62606×10-34 a 1.38065×10-16. Planckův zákon dobře souhlasí s experimentálními daty, ale jeho plný význam byl oceněn až o několik let později.

Kvantové teorie lightEdit

Solway Konference 1911. Planck, Einstein a džíny stojí. Planck je druhý zleva. Einstein je druhý zprava. Džíny jsou páté zprava. Wien sedí, třetí zprava

ukazuje se, že elektrony jsou uvolněny fotoelektrickým efektem, pokud světlo dosáhne prahové frekvence. Pod tím nemohou být z kovu emitovány žádné elektrony. V roce 1905 Albert Einstein publikoval článek vysvětlující účinek. Einstein navrhl, že paprsek světla není vlna šířící se vesmírem, ale spíše sbírka diskrétních vlnových paketů (fotonů), z nichž každý má energii. Einstein řekl, že účinek byl způsoben fotonem, který zasáhl elektron. To prokázalo částicovou povahu světla.

Einstein také zjistil, že elektromagnetické záření s dlouhou vlnovou délkou nemělo žádný účinek. Einstein řekl, že to bylo proto, že „částice“ neměly dostatek energie k narušení elektronů.

Planck navrhl, že energie každého fotonu souvisí s frekvencí fotonu Planckovou konstantou. To by mohlo být zapsáno matematicky jako:

E = h ν = h. c λ, {\displaystyle E=h\nu ={\frac {hc}{\lambda }}}