La théorie des cordes: nobel l'idée d'Einstein de la lumière

Les photons sont l'une des particules fondamentales de la physique que les physiciens espèrent expliquer en utilisant la théorie des cordes. Einstein a reçu le prix Nobel pour la relativité pas, mais plutôt pour son travail en utilisant l'idée de Planck du quantum pour expliquer un autre problème - l'effet photoélectrique.

Il est allé plus loin que Planck, ce qui suggère que tous énergie électromagnétique a été quantifié. Lumière, Einstein a dit, pas déplacé dans les vagues, mais dans des paquets d'énergie. Ces paquets d'énergie se sont appelés photons.

La effet photoélectrique se produit lorsque la lumière brille sur certains matériaux qui émettent alors des électrons. Il est presque comme si les coups légers perdent des électrons, provoquant les faire voler de la matière. L'effet photoélectrique a été observé pour la première en 1887 par Heinrich Hertz, mais il a continué à intriguer les physiciens jusqu'en 1905 explication d'Einstein.

Cellules solaires modernes fonctionnent hors le même principe que l'effet photoélectrique. Composé de matériaux photoélectriques, ils prennent un rayonnement électromagnétique dans la forme de la lumière du soleil et la convertissent en électrons libres. Ces électrons libres puis exécutez à travers les fils pour créer un courant électrique qui peut alimenter des appareils tels que des lumières ornementales dans votre parterre ou rovers martiens de la NASA.

Dans un premier temps, l'effet photoélectrique ne semble pas que difficile à expliquer. Les électrons absorbés l'énergie de la lumière, ce qui a causé les électrons faire voler de la plaque de métal. Les physiciens savaient encore très peu sur les électrons - et pratiquement rien à propos de l'atome - mais cela avait un sens.

Comme prévu, si vous augmentiez de la lumière intensité (l'énergie totale par seconde portée par le faisceau), plus d'électrons certainement été émis (voir le haut de la figure). Il y avait deux problèmes inattendus si:

  • Au-dessus d'une certaine longueur d'onde, aucun des électrons sont émis - quel que soit intense la lumière est (comme représenté sur la partie inférieure de la figure).

  • Lorsque vous augmentez l'intensité de la lumière, la vitesse des électrons ne change pas.

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Einstein a vu un lien entre ce premier problème et la catastrophe ultraviolette rencontrés par Max Planck, mais dans la direction opposée. La longueur d'onde de lumière plus (ou de la lumière avec une fréquence inférieure) ont échoué à faire des choses qui ont été atteints par la longueur d'onde de lumière plus courte (de la lumière avec une fréquence plus élevée).


Planck avait créé une relation proportionnelle entre l'énergie et la fréquence. Einstein a encore fait ce qu'il était au mieux - il a pris les mathématiques à leur valeur nominale et appliquée de façon uniforme. Le résultat était que la lumière à haute fréquence avait photons d'énergie plus élevés, de sorte qu'il a été en mesure de transférer suffisamment d'énergie dans l'électronique pour elle d'obtenir frappé lâche.

Les photons de basse fréquence ne pas avoir assez d'énergie pour aider des électrons échapper. Les photons dû avoir de l'énergie au-dessus d'un certain seuil de frapper les électrons lâche.

De même, le deuxième problème de la noneffect de l'intensité de la lumière sur la vitesse de l'électron est également résolu par vue quantique d'Einstein de la lumière. L'énergie de chaque photon est basé sur sa fréquence (ou longueur d'onde), augmentant ainsi l'intensité ne modifie pas l'énergie de chaque photons cela ne fait qu'augmenter le nombre total de photons.

Ceci est la raison pour laquelle provoque augmentation de l'intensité pour obtenir plus d'électrons émis, mais chaque électron maintient la même vitesse. Le photon individuel assomme un électron avec la même énergie qu'avant, mais plus de photons font le même travail. Pas un seul électron obtient le bénéfice de l'augmentation de l'intensité.

Basé sur le principe que la vitesse de la lumière est constante (la base de sa théorie de la relativité restreinte), Einstein savait que ces photons seraient toujours se déplacer à la même vitesse, c. Leur énergie serait proportionnelle à la fréquence de la lumière, basée sur des définitions de Planck.


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