Illustration tagen från Newtons ursprungliga brev till Royal Society (1 januari 1671 ). S representerar solljus. Ljuset mellan planen BC och DE är i färg. Dessa färger rekombineras för att bilda solljus på planet GH

Youngs dubbelslitsexperiment

Mellan 1670 och 1900 diskuterade forskare ljusets natur. Vissa forskare trodde att ljuset bestod av många miljoner små partiklar. Andra forskare trodde att ljus var en våg.

ljus: vågor eller partiklar?Edit

år 1678 skrev Christiaan Huygens boken trait Kubi De la lumiere (”Treatise on light”). Han trodde att ljuset bestod av vågor. Han sa att ljus inte kunde bestå av partiklar eftersom ljus från två strålar inte studsar av var och en other.In 1672 skrev Isaac Newton boken Opticks. Han trodde att ljus bestod av röda, gula och blå partiklar som han kallade kroppar. Newton förklarade detta genom sitt ”two prism experiment”. Det första prismat bröt upp ljuset i olika färger. Det andra prismat sammanfogade dessa färger tillbaka till vitt ljus.

under 18th century fick Newtons teori mest uppmärksamhet. År 1803 beskrev Thomas Young ”dubbelslitsexperimentet”. I detta experiment stör ljus som går igenom två smala slitsar sig själv. Detta orsakar ett mönster som visar att ljus består av vågor. Under resten av artonhundratalet fick vågteorin om ljus mest uppmärksamhet. På 1860-talet utvecklade James Clerk Maxwell ekvationer som beskrev elektromagnetisk strålning som vågor.teorin om elektromagnetisk strålning behandlar ljus, radiovågor, mikrovågor och många andra typer av vågor som samma sak förutom att de har olika våglängder. Våglängden för det ljus vi kan se med våra ögon är ungefär mellan 400 och 600 nm. Våglängden för radiovågor varierar från 10 m till 1500 m och våglängden för mikrovågor är cirka 2 cm. I vakuum färdas alla elektromagnetiska vågor med ljusets hastighet. Frekvensen för den elektromagnetiska vågen ges av:

{\displaystyle \ nu = {\frac {C} {\lambda }}}

.

symbolerna definieras här.

svart kropp radiatorsEdit

alla varma saker avger termisk strålning, vilket är elektromagnetisk strålning. För de flesta saker på jorden är denna strålning i det infraröda området, men något väldigt varmt (1000 KB C eller mer) avger synlig strålning, det vill säga ljus. I slutet av 1800-talet studerade många forskare våglängderna för elektromagnetisk strålning från svartkroppsradiatorer vid olika temperaturer.

Rayleigh-Jeans LawEdit

Rayleigh-Jeans kurva och Plancks kurva ritad mot fotonvåglängd.

Lord Rayleigh publicerade först grunderna i Rayleigh-Jeans-lagen 1900. Teorin baserades på den kinetiska teorin om gaser. Sir James Jeans publicerade en mer fullständig teori 1905. Lagen avser kvantiteten och våglängden för elektromagnetisk energi som avges av en svart kroppsradio vid olika temperaturer. Ekvationen som beskriver detta är:

B C. C. (T) = 2 C. K. C. 4 {\displaystyle b_ {\lambda } (T)={\frac {2KT}{\lambda ^{4}}}}

.

för strålning med lång våglängd motsvarade resultaten som förutspåddes av denna ekvation väl med praktiska resultat erhållna i ett laboratorium. Men för korta våglängder (ultraviolett ljus) var skillnaden mellan teori och övning så stor att den fick smeknamnet ”den ultravioletta katastrofen”.

Planck ’ s LawEdit

år 1895 publicerade Wien resultaten av sina studier om strålningen från en svart kropp. Hans formel var:

B. C. ( T ) = 2 H. C. 2.c .5 E. H. C. C. K. {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2HC^{2}}{\lambda ^{5}}}e^{−{\frac {hc}{\lambda kT}}}}

.

denna formel fungerade bra för kort våglängd elektromagnetisk strålning, men fungerade inte bra med långa våglängder.

1900 publicerade Max Planck resultaten av sina studier. Han försökte utveckla ett uttryck för svartkroppsstrålning uttryckt i termer av våglängd genom att anta att strålningen bestod av liten kvanta och sedan se vad som hände om kvanten gjordes oändligt liten. (Detta är en standard matematisk strategi). Uttrycket var:

B. C. C. ( T ) = 2 H. C. C. C. 2.c. 5.1 E. H. C. C. K. T − 1 {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2HC^{2}}{\lambda ^{5}}}~{\frac {1}{e^{\frac {HC}{\lambda kT}}-1}}}

.

om ljusets våglängd får bli mycket stor kan det visas att Raleigh-Jeans och Planck-relationerna är nästan identiska.

han beräknade h och k och fann att

h = 6,55 kg 10-27 kg·sek. k = 1,34 kg 10-16 kg·deg-1.

värdena ligger nära de moderna accepterade värdena på 6,62606 10-34 och 1,38065 10-16 respektive. Planck-lagen överensstämmer väl med experimentella data, men dess fulla betydelse uppskattades först flera år senare.

kvantteori av lightEdit

Solway konferens 1911. Planck, Einstein och Jeans står. Planck är andra från vänster. Einstein är andra från höger. Jeans är femte från höger. Wien sitter, tredje från höger

det visar sig att elektroner lossas av den fotoelektriska effekten om ljuset når en tröskelfrekvens. Under detta kan inga elektroner avges från metallen. 1905 publicerade Albert Einstein ett papper som förklarade effekten. Einstein föreslog att en ljusstråle inte är en våg som sprider sig genom rymden, utan snarare en samling diskreta vågpaket (fotoner), var och en med energi. Einstein sa att effekten berodde på att en foton slog en elektron. Detta visade ljusets partikel natur.Einstein fann också att elektromagnetisk strålning med lång våglängd inte hade någon effekt. Einstein sa att detta berodde på att ”partiklarna” inte hade tillräckligt med energi för att störa elektronerna.

Planck föreslog att energin för varje foton var relaterad till fotonfrekvensen av Planck-konstanten. Detta skulle kunna skrivas matematiskt som:

E = h re = H C ReK {\displaystyle E=h \ nu = {\frac {hc} {\lambda }}}