ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅಲೆಗಳಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತವೆ
ಬೆಳಕು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗ ಎಂದು ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಬಹಳ ಹಿಂದಿನಿಂದಲೂ ತಿಳಿದಿದ್ದಾರೆ. ಇಂದಿಗೂ, ಈ ಸ್ಥಾನವನ್ನು ಯಾರೂ ಅನುಮಾನಿಸುವುದಿಲ್ಲ, ಏಕೆಂದರೆ ಬೆಳಕು ತರಂಗ ನಡವಳಿಕೆಯ ಎಲ್ಲಾ ಚಿಹ್ನೆಗಳನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ: ಬೆಳಕಿನ ಅಲೆಗಳು ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ಅತಿಕ್ರಮಿಸಬಹುದು, ಹಸ್ತಕ್ಷೇಪದ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು, ಅವುಗಳು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ, ವಿವರ್ತನೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಅಡೆತಡೆಗಳ ಸುತ್ತಲೂ ಬಾಗುತ್ತವೆ.
ಬಾತುಕೋಳಿಯಂತೆ ನಡೆಯುವ, ಬಾತುಕೋಳಿಯಂತೆ ಈಜುವ ಮತ್ತು ಬಾತುಕೋಳಿಯಂತೆ ಬಾತುಕೋಳಿಗಳನ್ನು ನೋಡಿದಾಗ ನಾವು ಆ ಪಕ್ಷಿಯನ್ನು ಬಾತುಕೋಳಿ ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತೇವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಬೆಳಕು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿ ಅಂತಹ ತರಂಗದ ವರ್ತನೆಯ ವಸ್ತುನಿಷ್ಠವಾಗಿ ಗಮನಿಸಿದ ಚಿಹ್ನೆಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ.
ಆದಾಗ್ಯೂ, 19 ನೇ ಮತ್ತು 20 ನೇ ಶತಮಾನದ ಕೊನೆಯಲ್ಲಿ, ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರು ಬೆಳಕಿನ "ಕಣ-ತರಂಗ ದ್ವಂದ್ವತೆ" ಬಗ್ಗೆ ಮಾತನಾಡಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದರು. ಬೆಳಕು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗವಾಗಿದೆ ಎಂಬ ಜ್ಞಾನವು ಬೆಳಕಿನ ಬಗ್ಗೆ ವಿಜ್ಞಾನಕ್ಕೆ ತಿಳಿದಿರುವ ಎಲ್ಲದರಲ್ಲ ಎಂದು ಅದು ತಿರುಗುತ್ತದೆ. ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿ ಬಹಳ ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದಿದ್ದಾರೆ.
ಕಣಗಳ ಸ್ಟ್ರೀಮ್ನ ನಡವಳಿಕೆಯಂತೆ ಬೆಳಕು ಹೇಗಾದರೂ ಸ್ವತಃ ಪ್ರಕಟವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಅದು ತಿರುಗುತ್ತದೆ.ವಿಶೇಷ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ನಿಂದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಮಯದವರೆಗೆ ಎಣಿಸಿದ ನಂತರ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ಸಾಗಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ವೈಯಕ್ತಿಕ (ಸಂಪೂರ್ಣ) ತುಣುಕುಗಳಿಂದ ಕೂಡಿದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ.
ಆದ್ದರಿಂದ, ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿಯು ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿದೆ ಎಂಬುದು ನಿಜವಾಯಿತು, ಏಕೆಂದರೆ ಅದು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಕಣಗಳಿಂದ ಕೂಡಿದೆ - "ಕ್ವಾಂಟಾ", ಅಂದರೆ ಶಕ್ತಿಯ ಚಿಕ್ಕ ಸಂಪೂರ್ಣ ಭಾಗಗಳಿಂದ. ಅಂತಹ ಬೆಳಕಿನ ಕಣವು ಒಂದು ಘಟಕವನ್ನು (ಅಥವಾ ಕ್ವಾಂಟಮ್) ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಒಯ್ಯುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಫೋಟಾನ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಯಿತು.
ಒಂದು ಫೋಟಾನ್ನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಸೂತ್ರದಿಂದ ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲಾಗುತ್ತದೆ:
ಇ - ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿ, h - ಪ್ಲ್ಯಾಂಕ್ನ ಸ್ಥಿರ, ವಿ - ಆವರ್ತನ.
ಜರ್ಮನ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಮ್ಯಾಕ್ಸ್ ಪ್ಲ್ಯಾಂಕ್ ಮೊದಲು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗದ ವಿವೇಚನೆಯ ಸತ್ಯವನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿದರು ಮತ್ತು ಸ್ಥಿರವಾದ h ನ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಿದರು, ಇದು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಫೋಟಾನ್ಗಳ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯುವ ಸೂತ್ರದಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. ಈ ಮೌಲ್ಯವು ಹೊರಹೊಮ್ಮಿತು: 6.626 * 10-34 J * s. ಪ್ಲಾಂಕ್ ತನ್ನ ಕೆಲಸದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು 1900 ರ ದಶಕದ ಅಂತ್ಯದಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಿಸಿದನು.
ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ನೇರಳೆ ಕಿರಣವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ. ಅಂತಹ ಬೆಳಕಿನ ಆವರ್ತನ (f ಅಥವಾ v) 7.5 * 1014 Hz ಪ್ಲ್ಯಾಂಕ್ನ ಸ್ಥಿರ (h) 6.626 * 10-34 J * s ಆಗಿದೆ. ಇದರರ್ಥ ಫೋಟಾನ್ನ ಶಕ್ತಿ, (ಇ), ನೇರಳೆ ಬಣ್ಣದ ವಿಶಿಷ್ಟ ಲಕ್ಷಣವಾಗಿದೆ, ಇದು 5 * 10-19 ಜೆ. ಇದು ಶಕ್ತಿಯ ಒಂದು ಸಣ್ಣ ಭಾಗವಾಗಿದ್ದು ಅದನ್ನು ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವುದು ತುಂಬಾ ಕಷ್ಟ.
ಪರ್ವತದ ಸ್ಟ್ರೀಮ್ ಅನ್ನು ಕಲ್ಪಿಸಿಕೊಳ್ಳಿ - ಇದು ಒಂದು ಘಟಕವಾಗಿ ಹರಿಯುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಸ್ಟ್ರೀಮ್ ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ನೀರಿನ ಅಣುಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ ಎಂದು ಬರಿಗಣ್ಣಿನಿಂದ ನೋಡುವುದು ಅಸಾಧ್ಯ. ಇಂದು, ಆದಾಗ್ಯೂ, ಮ್ಯಾಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಕ್ ವಸ್ತು-ಹರಿವು-ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿದೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ, ಅಂದರೆ, ಅದು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಅಣುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ.
ಇದರರ್ಥ ಸ್ಟ್ರೀಮ್ ಹರಿಯುವಾಗ ಹಾದುಹೋಗುವ ನೀರಿನ ಅಣುಗಳನ್ನು ಎಣಿಸಲು ನಾವು ಸ್ಟ್ರೀಮ್ ಪಕ್ಕದಲ್ಲಿ ಅಣುವಿನ ಕೌಂಟರ್ ಅನ್ನು ಇರಿಸಬಹುದಾದರೆ, ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಯಾವಾಗಲೂ ಸಂಪೂರ್ಣ ಸಂಖ್ಯೆಯ ನೀರಿನ ಅಣುಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಎಣಿಸುತ್ತದೆ, ಭಾಗಶಃ ಅಲ್ಲ.
ಅಂತೆಯೇ, ಫೋಟಾನ್ E ಯ ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿಯ ಗ್ರಾಫ್, ಸಮಯ t ನಲ್ಲಿ ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ - ಯಾವಾಗಲೂ ರೇಖೀಯವಲ್ಲ (ಹಳದಿ ಆಕೃತಿ), ಆದರೆ ಹಂತಹಂತವಾಗಿ (ಹಸಿರು ಚಿತ್ರ):
ಆದ್ದರಿಂದ, ಫೋಟಾನ್ಗಳು ಚಲಿಸುತ್ತವೆ, ಅವು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಒಯ್ಯುತ್ತವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಅವು ಆವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ಫೋಟಾನ್ಗೆ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಹಾಗಾದರೆ ನೀವು ಆವೇಗವನ್ನು ಹೇಗೆ ಕಂಡುಹಿಡಿಯಬಹುದು?
ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, ಬೆಳಕಿನ ವೇಗಕ್ಕೆ ಸಮೀಪವಿರುವ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ, p = mv ಶಾಸ್ತ್ರೀಯ ಸೂತ್ರವು ಸರಳವಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಈ ಅಸಾಮಾನ್ಯ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಆವೇಗವನ್ನು ಹೇಗೆ ಕಂಡುಹಿಡಿಯುವುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಗೆ ತಿರುಗೋಣ:
1905 ರಲ್ಲಿ, ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್ಸ್ಟೈನ್ ಈ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದಿಂದ ವಿವರಿಸಿದರು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮ… ಲೋಹದ ಫಲಕವು ಅದರೊಳಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ, ಅದರೊಳಗೆ ಪರಮಾಣುಗಳ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳಿಂದ ಆಕರ್ಷಿತವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಲೋಹದಲ್ಲಿ ಉಳಿಸಿಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ನೀವು ಅಂತಹ ಪ್ಲೇಟ್ ಅನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಆವರ್ತನದ ಬೆಳಕಿನೊಂದಿಗೆ ಬೆಳಗಿಸಿದರೆ, ನೀವು ಪ್ಲೇಟ್ನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ನಾಕ್ ಮಾಡಬಹುದು.
ಬೆಳಕು ಆವೇಗದೊಂದಿಗೆ ಕಣಗಳ ಸ್ಟ್ರೀಮ್ನಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಫೋಟಾನ್ಗೆ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯಿಲ್ಲದಿದ್ದರೂ, ಅದು ಹೇಗಾದರೂ ಲೋಹದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನೊಂದಿಗೆ ಸಂವಹನ ನಡೆಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕೆಲವು ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟಾನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ನಾಕ್ಔಟ್ ಮಾಡಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ.
ಆದ್ದರಿಂದ ಪ್ಲೇಟ್ನಲ್ಲಿನ ಫೋಟಾನ್ ಘಟನೆಯು ಸಾಕಷ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದರೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಲೋಹದಿಂದ ಹೊರಹಾಕಲ್ಪಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪ್ಲೇಟ್ನಿಂದ ವೇಗ v ಯೊಂದಿಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಅಂತಹ ನಾಕ್ಔಟ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.
ನಾಕ್ಔಟ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ತಿಳಿದಿರುವ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ m ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ, ಇದು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಚಲನ ಶಕ್ತಿ mv ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.
ಫೋಟಾನ್ನ ಶಕ್ತಿಯು ಲೋಹದ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಿದಾಗ, ಲೋಹದಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ನಿರ್ಗಮನದ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ (ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯ) ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಚಲನ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತನೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ನಾಕ್-ಔಟ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುತ್ತದೆ. ಲೋಹದ ಹೊರಗೆ, ಅದನ್ನು ಬಿಟ್ಟು.
ತಿಳಿದಿರುವ ತರಂಗಾಂತರದ ಫೋಟಾನ್ ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಹೊಡೆಯುತ್ತದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸೋಣ, ಇದಕ್ಕಾಗಿ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯ (ಲೋಹದಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ) ತಿಳಿದಿದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಕೊಟ್ಟಿರುವ ಲೋಹದಿಂದ ಹೊರಸೂಸಲ್ಪಟ್ಟ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಚಲನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ಕಂಡುಹಿಡಿಯಬಹುದು, ಹಾಗೆಯೇ ಅದರ ವೇಗ.
ಫೋಟಾನ್ನ ಶಕ್ತಿಯು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗೆ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಸಾಕಾಗುವುದಿಲ್ಲವಾದರೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನೀಡಿದ ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಬಿಡಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರಚನೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ.
1924 ರಲ್ಲಿ, ಫ್ರೆಂಚ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಲೂಯಿಸ್ ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ಅದರ ಪ್ರಕಾರ ಒಂದು ಮಹತ್ವದ ಉಪಾಯವನ್ನು ಮುಂದಿಟ್ಟರು ಬೆಳಕಿನ ಫೋಟಾನ್ಗಳು ಮಾತ್ರವಲ್ಲದೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅಲೆಗಳಂತೆ ವರ್ತಿಸಬಹುದು. ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಕಾಲ್ಪನಿಕ ತರಂಗಾಂತರದ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಸಹ ಪಡೆದರು. ಈ ಅಲೆಗಳನ್ನು ತರುವಾಯ "ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ಅಲೆಗಳು" ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಯಿತು.
ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿಯ ಊಹೆಯನ್ನು ನಂತರ ದೃಢೀಕರಿಸಲಾಯಿತು. ಅಮೇರಿಕನ್ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಾದ ಕ್ಲಿಂಟನ್ ಡೇವಿಸನ್ ಮತ್ತು ಲೆಸ್ಟರ್ ಜರ್ಮರ್ ಅವರು 1927 ರಲ್ಲಿ ನಡೆಸಿದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಡಿಫ್ರಾಕ್ಷನ್ ಮೇಲೆ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಪ್ರಯೋಗವು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ತರಂಗ ಸ್ವರೂಪವನ್ನು ಸೂಚಿಸಿತು.
ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಕಿರಣವನ್ನು ವಿಶೇಷ ಪರಮಾಣು ರಚನೆಯ ಮೂಲಕ ನಿರ್ದೇಶಿಸಿದಾಗ, ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಚಿತ್ರವನ್ನು ಒಂದರ ನಂತರ ಒಂದರಂತೆ ಹಾರುವ ಕಣಗಳಾಗಿ ದಾಖಲಿಸಬೇಕು ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆ, ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಕಣಗಳಾಗಿದ್ದರೆ ತಾರ್ಕಿಕವಾಗಿ ನಿರೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು.
ಆದರೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ನಾವು ತರಂಗ ವಿವರ್ತನೆಯ ಚಿತ್ರ ಲಕ್ಷಣವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದೇವೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ಈ ಅಲೆಗಳ ಉದ್ದಗಳು ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸ್ಥಿರವಾಗಿವೆ.
ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿಯ ಕಲ್ಪನೆಯು ಬೋರ್ನ ಪರಮಾಣು ಮಾದರಿಯ ತತ್ವವನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸಿತು ಮತ್ತು ನಂತರ ಎರ್ವಿನ್ ಶ್ರೋಡಿಂಗರ್ ಈ ವಿಚಾರಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯೀಕರಿಸಲು ಮತ್ತು ಆಧುನಿಕ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನು ಹಾಕಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸಿತು.