|
 Ќазаќстан Республикасы Білім жјне єылым министрлігіМикробөлшектер әрекеттерінің ерекшеліктері. Микробөлшектердің дифракциясы
|
| бет | 10/40 | | Дата | 03.02.2023 | | өлшемі | 1,14 Mb. | | #41132 |
| ?àçà?ñòàí Ðåñïóáëèêàñû Á³ë³ì æ?íå ?ûëûì ìèíèñòðë³ã³ «Û. Àëòûíñàð Микробөлшектер әрекеттерінің ерекшеліктері. Микробөлшектердің дифракциясы.
Шымқай қара дененің сәуле шығаруы. Ғалымдар классификациялық теорияның қағидаларын жаңадан жинақталған физикалық деректерді түсіндіруге қолданған кезде алғашқы қиындыққа тап болды. Мұның ең бір айқын дәлелі ымқай қара дененің сәуле шығаруы жөніндегі мәселе еді.
Ф изикада шымқай қара дене деп өзіне түскен сәулені шағылдырмастан, түгелімен бойына сіңіретін денені айтады. ХІХ аяғына таман мұндай дененің сәуле шығаруының спектрлік тығыздығы дене температурасының әр түрлі мәндері үшін үлкен дәлдікпен, әрі өте ұқыптылықпен өлшенген болатын. Сондай өлеудің нәтижелерінің бірі1.1-суретте келтірілген.
Бұл суреттен көрініп тұрғандай, толқын ұзындығы
1-сурет арта бастаған кезде сәуле шығарудың у(λ , Т) спектрлік тығыздығы нөлден бастап артады да, толқын ұзындығының қандай да бір λ =λмах болған сәтте өзінің махимум мәніне жетіп, толқын ұзындығы одан әрі қарай артқан кезде қайтадан кеми отырып, нөлге ұмтылады. Енді ғалымдардың алдында осы тәуелділіктің сырын ұғып, оған теориялық тұрғыдан түсінік беру міндеті тұрды. Олар әуелі бұл мәселені классикалық физиканың жалпы қағидаларына сүйене отырып, шешуге тырысты. Мұндай әрекеттердің арқасында алғашқыда, сәуле ығарудың спектрлік үлестірілуіне бірқатар дербес заңдар ашылды. Мәселен, Стефан және Больцман бұл құбылысқа термодинамиканың жалпы әдістерін қолдану арқылы сәуле шығарудың толық тығыздығы абсолют температураның төртінші дәрежесіне тәуелді екенін анықтады. Бұдан сәл кейінірек Вин жиіліктің белгілі мәніндегі сәуле шығарудың спектрлік тығыздығы сол жиіліктің үшінші дәрежесі мен жиіліктің абсолют температураға қатынасына ғана тәуелді қандай да бір функцияның көбейтіндісіне тең екенін дәлелдеді. Бірақ, өкінішке орай, Стефан-Больцманның және Виннің заңдары спектрлік үлестірілу функциясы жөнінде бағалы мәліметтер бергенімен, оның нақтылы сипаты жайлы біз іздестіріп отырған функцияның айқын түрі туралы еш нәрсе айта алмайтын еді. Бұдан арғы осы бағыттағы ізденістер елерліктей нәтиже әкелмеді. Қаншалықты жалпылыққа ие болғанымен, бір ғана термодинамикалық әдістерге сүйенгеннен істің алға баспайтыны анық болды. Спектрлік таралу функциясының айқын түрін анықтау үшін термодинамиканың жалпы әдістерін тастап, сәуле шығару мен сіңірудің қандай да бір нақтылы модульдерінің негізінде есептеулер жүргізу қажеттілігі сезілді. Бір қарағанда бұл жерде аса қиналатындай еш нәрсе жоқ тәрізді тін . Себебі, классикалық электродинамика заттың электромагниттік сәулені шығаруы мен сіңіруінің тәп тәуір модулін береді. Ендігі қалып тұрғаны осы классикалық электродинамика қағидаларын нақтылы жағдайға ыңғайлап қолдану ғана еді. Бұл міндетті алғаш атқарып шыққан Рэлей болды. Ал бұдан сәл кейінірек Джинс осы қарастырып отырған құбылысқа классикалық статистикалық физиканың әдістерін қолдана отырып та Рэлейдің алған нәтижелерін алуға болатындығын көрсетті. Осы ғалымдардың құрметіне Рэлей-Джинс саны деп аталған бұл заң, өкінішке орай біздер тіптен күтпеген қорытындыларға алып келді. Бұ заңның негізінде есептелген сәуле ығарудың спектралдық тығыздығы 1.2 суреттен көрініп тұрғандай тек толқын ұзындығының үлкен мәндерінде ғана тәжірибе нәтижелеріне сапалық тұрғыдан сәйкес келіп, толқын ұзындығы кіірейген кезде шексіз өсіп кететін еді. Кванттық физиканың негізін қалауылардың бірі П.С. Эренфестің дуалы аузынан кезінде әсіресе күлгіндік апат деген атаққа ие болған бұл нәтиже қолда бар деректерге мүлдем қарама қайы келетін. Бірақ, бір қызығы, осы апатқа алып келіп отырған Рэлей-Джинс заңының қорытылып шығару қисығына классикалық физика түрғысынан мін тағатын ешқандай негіз жоқ. Сондықтан, бұл заңның салдарының тәжірибе нәтижесіне сәйкес келмеуі ғалымдар үшін жұмбақ болды. Олар осы жұмбақтың кілтін таба алмай әуре сарсанға түсті.
А л шындығында, ғалымдардың мұншалықты қиналатындай да жөні бар болатын. Себебі, мәселенің тамыры тым тереңде жатқан-ды. Бүкіл қарама қайылықтың себебі классикалық физика қағидаларын мүндай құбылыстарға қолдануға болмайтындығында еді. Дегенмен де, ащы шындық ойындатпай қоймады. Алғаш рет бұл мәселеге қатысты классикалық физиканың дәрменсіздігін түсініп, әрі мойындап, үлкен
2-сурет ғылыми еңбекке барған адам – неміс ғалымы Макс Планк болды. Ол 1900 жылдың 14 желтоқсанында Берлиндегі неміс физикалық қоғамының съезінде жасалған баяндамасында шшымқай қара дененің сәуле шығару туралы проблеманы шешкені жөнінде хабарлады. Ол физиканың дамуындағы үлкен бетбұрыс болады. Дәл осы күнді ғылыми тарихындағы ерекше белгі – кванттық теорияның туған күні деп атаса болғандай.
Ал бұл заңның тәжірибе негізіне сәйкесс келетіндігі жоғарыды айтылды. Алған нәтижелерді бұдан әрі терең таңдау барысында Планк тәжірибемен қарама-қайшылықтың түп тамыры сәуле шығару кезіндегі жиеліктері жоғары осциллятордың ара салмағының тым басымдылығымен байланысты екенін байқады. Осының салдарынан жиілік артқан кезде спектрлық тығыздықтың мәні күрт өсіп, әсірекүлгіндік апатқа алып келетін. Олай болса, ол тығырықтан шығудың жолы осы жоғарғы жиеліктегі осциллятордың үлесін кемітуге болатын. Міне осы жерде Планк өзінің әйгілі болжамын ұсынды. Бұл болжам бойынша зат өзінен энергияны үздіксіз емес, жеке үлестер (порциялар) түрінде шығарады. Әрбір үлестің энергиясы –ға тең болады. Мұндағы - сәуле шығарудың циклдік жиелігі, ал . Әсердің бірлігімен өлшенетін һ шамасы Планк тұрақтысы деп аталады. Планк тұрақтысының тұрақты терең физикалық мағынасы бар, ол кванттық физикада ерекше рөл атқарады. Эйнштейн теориясындағы с жарықтың жылдамдығы тәрізді, кванттық механикадағы һ. Квант тұрақтысы әлемдік тұрақтысы әлемдік тұрақтылардың қатарына жатады. Оның бүгінгі күні анықталған ең дәл мәні мынаған тең:
Бірақ, бір ғажабы, бұл болжамның негізінде қорытылып шығарылған өрнек арқылы жүргізілген есептеулер тәжірибенің нәтижелерімен дәл келетін. Планк қорытып шығарған жиілік пен абсолют температураның белгілі бір мәніндегі сәуле шығарудың спектрлік тығыздығының осы өрнегі мынадай
(1.1)
Планк өзінің талдауларында термодинамиканың жалпы принциптеріне қарама қайщы келетін ешқандай тұжырымды жасамағандықтан бұл өрнек Стефан-Больцман және Вин заңдарымен толық үлесімде болады. Жоғарыдағы Планк өрнегінен мен бұл заңдарды оңай ығаруға болады. Ал ол Рэлей-Джинс заңымен тек төменгі жиілік және жоғарғы температурадағы аймақта ғана сәйкес келіп, жиіліктің жоғары, ал температураның төменгі мәндерінде типтің басқа нәтижелерге алып келетін. Бұл былай болуы физикалық тұрғыдан түсінікті себебі төменгі жиеліктегі және төменгі температурадағы сәуле шашу жекелеген мәндері өте аз, бірақ өздерінің жалпы сандары өте көп энергия үлестері түрінде шығарылады. Сондықтан энергияның мәнінің дискретті екенін елемей-ақ, оларды үздіксіз өзгереді деп есептеуге болады, яғни классикалық физика беретін нәтижелерді аламыз.Ал жоғарғы жиілікте және төменгі температурада жағдай басқаша. Бұл кезде энергия мәндері жетерліктей үлкен, ал жалпы саны аса көп емес үлестер түрінде шықты да, олардың мәнінің дискретті екенін міндетті түрде ескеру керек болды. Сөйтіп, Планк өрнегі қолда бар деректерді аса үлкен дәлдікпен түсіндіріп ғана қана қоймай, Рэлей-Джинс заңын жуықтап қолдануға болатын аймақтың шекарасына дейін анықтап бере алды. Бұл үлкен жетістік еді. Планк теориясы шымқай қара дененің сәуле шығаруы туралы мәселенің түбегейлі шешімі болатын.
Достарыңызбен бөлісу: |
|
|
