Ilustrație preluată din scrisoarea originală a lui Newton către Societatea Regală (1 ianuarie 1671 ). S reprezintă lumina soarelui. Lumina dintre planurile BC și DE este de culoare. Aceste culori sunt recombinate pentru a forma lumina soarelui pe plan Gh

experimentul cu două fante al lui Young

între 1670 și 1900 oamenii de știință au discutat natura luminii. Unii oameni de știință credeau că lumina constă din multe milioane de particule minuscule. Alți oameni de știință credeau că lumina este un val.

lumina: unde sau particule?Edit

în 1678, Christiaan Huygens a scris cartea trait de la lumiere („tratat despre lumină”). El credea că lumina era formată din valuri. El a spus că lumina nu poate fi alcătuită din particule, deoarece lumina din două fascicule nu sări de pe fiecare other.In 1672-Isaac Newton a scris cartea Opticks. El credea că lumina era formată din particule roșii, galbene și albastre pe care le-a numit corpusuri. Newton a explicat acest lucru prin”experimentul său cu două prisme”. Prima prismă a rupt lumina în culori diferite. A doua prismă a îmbinat aceste culori înapoi în lumină albă.

în secolul al 18-lea, teoria lui Newton a fost acordată cea mai mare atenție. În 1803, Thomas Young a descris „experimentul cu două fante”. În acest experiment, lumina care trece prin două fante înguste interferează cu ea însăși. Acest lucru provoacă un model care arată că lumina este alcătuită din valuri. Pentru restul secolului al XIX-lea, teoria undelor luminii a fost acordată cea mai mare atenție. În anii 1860, James Clerk Maxwell a dezvoltat ecuații care descriau radiațiile electromagnetice ca unde.teoria radiației electromagnetice tratează lumina, undele radio, microundele și multe alte tipuri de unde ca fiind același lucru, cu excepția faptului că au lungimi de undă diferite. Lungimea de undă a luminii pe care o putem vedea cu ochii noștri este aproximativ între 400 și 600 nm. Lungimea de undă a undelor radio variază de la 10 m la 1500 m, iar lungimea de undă a microundelor este de aproximativ 2 cm. În vid, toate undele electromagnetice se deplasează cu viteza luminii. Frecvența undei electromagnetice este dată de:

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

.

simbolurile sunt definite aici.

black body radiatorsEdit

toate lucrurile calde degajă radiații termice, care sunt radiații electromagnetice. Pentru cele mai multe lucruri de pe Pământ, această radiație se află în gama infra-roșie, dar ceva foarte fierbinte (1000 centimetric C sau mai mult), emite radiații vizibile, adică lumină. La sfârșitul anilor 1800, mulți oameni de știință au studiat lungimile de undă ale radiației electromagnetice de la radiatoarele cu corp negru la temperaturi diferite.

Rayleigh-Jeans LawEdit

curba Rayleigh-Jeans și curba lui Planck reprezentate grafic pe lungimea de undă a fotonului.

Lord Rayleigh a publicat pentru prima dată elementele de bază ale Legii Rayleigh-Jeans în 1900. Teoria sa bazat pe teoria cinetică a gazelor. Sir James Jeans a publicat o teorie mai completă în 1905. Legea raportează cantitatea și lungimea de undă a energiei electromagnetice emise de un radiator de corp negru la temperaturi diferite. Ecuația care descrie acest lucru este:

b ( t ) = 2 c (T) 4 {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2ckt}{\lambda ^{4}}}}

.

pentru radiația cu lungime de undă lungă, rezultatele prezise de această ecuație corespundeau bine cu rezultatele practice obținute într-un laborator. Cu toate acestea, pentru lungimile de undă scurte (lumina ultravioletă) diferența dintre teorie și practică a fost atât de mare încât a câștigat porecla „catastrofa ultra-violetă”.

Lawedit-ul lui Planck

în 1895, Wien a publicat rezultatele studiilor sale asupra radiațiilor unui corp negru. Formula sa a fost:

b ( t ) = 2 h C(T) 2 5 E − h C(t) {\displaystyle B_{\lambda} (T)={\frac {2HC^{2}}{\lambda ^{5}}}e^{-{\frac {hc}{\lambda kT}}}

.

această formulă a funcționat bine pentru radiațiile electromagnetice cu lungime de undă scurtă, dar nu a funcționat bine cu lungimile de undă lungi.

În 1900 Max Planck a publicat rezultatele studiilor sale. El a încercat să dezvolte o expresie pentru radiația corpului negru exprimată în termeni de lungime de undă, presupunând că radiația constă din cuante mici și apoi să vadă ce s-ar întâmpla dacă cuantele ar fi făcute infinit de mici. (Aceasta este o abordare matematică standard). Expresia a fost:

b ( t ) = 2 h C 2 5 1 E H C(t) {\displaystyle B_{\lambda} (T)={\frac {2HC^{2}}{\lambda ^{5}}}~{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda kT}}-1}}}

.

dacă lungimea de undă a luminii este permisă să devină foarte mare, atunci se poate arăta că relațiile Raleigh-Jeans și Planck sunt aproape identice.

el a calculat h și k și a constatat că

h = 6,55 XTX 10-27 XTX·sec. k = 1,34 XTX 10-16 XTX·deg-1.

Valorile sunt apropiate de valorile acceptate în zilele noastre de 6.62606 int 10-34 și respectiv 1.38065 int 10-16. Legea Planck este de acord cu datele experimentale, dar semnificația sa deplină a fost apreciată doar câțiva ani mai târziu.

teoria cuantică a luminii

Conferința Solway 1911. Planck, Einstein și Jeans sunt în picioare. Planck este al doilea din stânga. Einstein este al doilea din dreapta. Jeansul este al cincilea din dreapta. Wien este așezat, al treilea din dreapta

se pare că electronii sunt dislocați de efectul fotoelectric dacă lumina atinge o frecvență de prag. Sub aceasta nu se pot emite electroni din metal. În 1905, Albert Einstein a publicat o lucrare care explica efectul. Einstein a propus că un fascicul de lumină nu este o undă care se propagă prin spațiu, ci mai degrabă o colecție de pachete de unde discrete (fotoni), fiecare cu energie. Einstein a spus că efectul se datorează unui foton care lovește un electron. Acest lucru a demonstrat natura particulelor luminii.

Einstein a constatat, de asemenea, că radiația electromagnetică cu o lungime de undă lungă nu a avut niciun efect. Einstein a spus că acest lucru se datorează faptului că „particulele” nu aveau suficientă energie pentru a perturba electronii.

Planck a sugerat că energia fiecărui foton a fost legată de frecvența fotonului de Constanta Planck. Acest lucru ar putea fi scris matematic ca:

E = h_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_c_