Hari ini kita akan berbicara tentang eksperimen Lebedev dalam membuktikan tekanan foton cahaya. Kami akan mengungkapkan pentingnya penemuan ini dan latar belakang yang membawanya.
Pengetahuan adalah rasa ingin tahu
Ada dua sudut pandang tentang fenomena rasa ingin tahu. Salah satunya diungkapkan dengan pepatah "hidung Varvara yang penasaran robek di pasar", dan yang lainnya - dengan pepatah "rasa ingin tahu bukanlah sifat buruk." Paradoks ini mudah diselesaikan jika seseorang membedakan antara bidang-bidang di mana minat tidak diterima atau, sebaliknya, dibutuhkan.
Johannes Kepler tidak dilahirkan untuk menjadi ilmuwan: ayahnya bertempur dalam perang, dan ibunya memelihara sebuah kedai minuman. Namun ia memiliki kemampuan yang luar biasa dan tentu saja penasaran. Selain itu, Kepler menderita gangguan penglihatan yang parah. Tetapi dialah yang membuat penemuan, berkat sains dan seluruh dunia di mana mereka berada sekarang. Johannes Kepler terkenal karena mengklarifikasi sistem planet Copernicus, tetapi hari ini kita akan berbicara tentang pencapaian ilmuwan lainnya.
Inersia dan Panjang Gelombang: Warisan Abad Pertengahan
Lima puluh ribu tahun yang lalu, matematika dan fisika termasuk dalam bagian "Seni". Oleh karena itu, Copernicus terlibat dalam mekanika pergerakan benda (termasuk benda langit), dan optik, dan gravitasi. Dialah yang membuktikan adanya inersia. Dari kesimpulanIlmuwan ini menumbuhkan mekanika modern, konsep interaksi benda, ilmu pertukaran kecepatan benda yang bersentuhan. Copernicus juga mengembangkan sistem optik linier yang harmonis.
Dia memperkenalkan konsep seperti:
- "pembiasan cahaya";
- "refraksi";
- "sumbu optik";
- "refleksi internal total";
- "iluminasi".
Dan penelitiannya akhirnya membuktikan sifat gelombang cahaya dan mengarah pada eksperimen Lebedev dalam mengukur tekanan foton.
Sifat kuantum cahaya
Pertama-tama, ada baiknya mendefinisikan esensi cahaya dan membicarakan apa itu. Foton adalah kuantum medan elektromagnetik. Ini adalah paket energi yang bergerak melalui ruang secara keseluruhan. Anda tidak dapat "menggigit" sedikit energi dari foton, tetapi itu dapat diubah. Misalnya, jika cahaya diserap oleh suatu zat, maka di dalam tubuh energinya dapat mengalami perubahan dan memancarkan kembali foton dengan energi yang berbeda. Namun secara formal, ini tidak akan menjadi kuantum cahaya yang sama yang diserap.
Contohnya adalah bola logam padat. Jika sepotong materi terkoyak dari permukaannya, maka bentuknya akan berubah, ia akan berhenti menjadi bulat. Tetapi jika Anda melelehkan seluruh benda, mengambil beberapa logam cair, dan kemudian membuat bola yang lebih kecil dari sisa-sisa, maka itu akan menjadi bola lagi, tetapi berbeda, tidak sama seperti sebelumnya.
Sifat gelombang cahaya
Foton memiliki sifat gelombang. Parameter dasar adalah:
- panjang gelombang (mencirikan ruang);
- frekuensi (mencirikanwaktu);
- amplitudo (mencirikan kekuatan osilasi).
Namun, sebagai kuantum medan elektromagnetik, foton juga memiliki arah rambat (dilambangkan sebagai vektor gelombang). Selain itu, vektor amplitudo mampu berputar di sekitar vektor gelombang dan menciptakan polarisasi gelombang. Dengan emisi simultan beberapa foton, fase, atau lebih tepatnya perbedaan fase, juga menjadi faktor penting. Ingatlah bahwa fase adalah bagian dari osilasi yang dimiliki muka gelombang pada saat tertentu (naik, maksimum, turun, atau minimum).
Masa dan energi
Seperti yang dibuktikan Einstein dengan cerdik, massa adalah energi. Tetapi dalam setiap kasus tertentu, pencarian hukum yang menurutnya satu nilai berubah menjadi nilai lain bisa jadi sulit. Semua karakteristik gelombang cahaya di atas berkaitan erat dengan energi. Yaitu: menambah panjang gelombang dan mengurangi frekuensi berarti lebih sedikit energi. Tetapi karena ada energi, maka foton harus memiliki massa, oleh karena itu harus ada tekanan ringan.
Struktur pengalaman
Namun, karena foton sangat kecil, massanya juga harus kecil. Untuk membangun perangkat yang dapat menentukannya dengan akurasi yang cukup adalah tugas teknis yang sulit. Ilmuwan Rusia Lebedev Petr Nikolaevich adalah orang pertama yang mengatasinya.
Percobaan itu sendiri didasarkan pada desain bobot yang menentukan momen puntir. Sebuah palang digantung pada seutas benang perak. Terlampir pada ujungnya adalah pelat tipis yang identik dari berbagaibahan. Paling sering, logam (perak, emas, nikel) digunakan dalam eksperimen Lebedev, tetapi ada juga mika. Seluruh struktur ditempatkan di bejana kaca, di mana ruang hampa dibuat. Setelah itu, satu piring diterangi, sementara yang lain tetap dalam bayangan. Pengalaman Lebedev membuktikan bahwa penerangan di satu sisi mengarah pada fakta bahwa timbangan mulai berputar. Menurut sudut deviasi, ilmuwan menilai kekuatan cahaya.
Mengalami kesulitan
Pada awal abad kedua puluh, sulit untuk membuat eksperimen yang cukup akurat. Setiap fisikawan tahu cara membuat ruang hampa, bekerja dengan kaca, dan memoles permukaan. Padahal, pengetahuan diperoleh secara manual. Pada saat itu, tidak ada perusahaan besar yang akan memproduksi peralatan yang diperlukan dalam ratusan unit. Perangkat Lebedev dibuat dengan tangan, sehingga ilmuwan menghadapi sejumlah kesulitan.
Kevakuman saat itu bahkan tidak rata-rata. Ilmuwan memompa udara dari bawah tutup kaca dengan pompa khusus. Tetapi eksperimen itu berlangsung paling baik di atmosfer yang dijernihkan. Sulit untuk memisahkan tekanan cahaya (transfer impuls) dari pemanasan sisi perangkat yang menyala: kendala utama adalah keberadaan gas. Jika percobaan dilakukan dalam ruang hampa, maka tidak akan ada molekul yang gerakan Brownnya pada sisi yang diterangi akan lebih kuat.
Sensitivitas sudut defleksi meninggalkan banyak hal yang diinginkan. Pencari sekrup modern dapat mengukur sudut hingga sepersejuta radian. Pada awal abad kesembilan belas, skala bisa dilihat dengan mata telanjang. Teknikwaktu tidak dapat memberikan berat dan ukuran pelat yang identik. Hal ini, pada gilirannya, tidak memungkinkan untuk mendistribusikan massa secara merata, yang juga menimbulkan kesulitan dalam menentukan torsi.
Insulasi dan struktur benang sangat mempengaruhi hasil. Jika salah satu ujung potongan logam dipanaskan lebih untuk beberapa alasan (ini disebut gradien suhu), maka kawat dapat mulai berputar tanpa tekanan ringan. Terlepas dari kenyataan bahwa perangkat Lebedev cukup sederhana dan memberikan kesalahan besar, fakta transfer momentum oleh foton cahaya telah dikonfirmasi.
Bentuk pelat lampu
Bagian sebelumnya mencantumkan banyak kesulitan teknis yang ada dalam percobaan, tetapi tidak mempengaruhi hal utama - ringan. Murni secara teoritis, kita membayangkan bahwa seberkas sinar monokromatik jatuh di piring, yang benar-benar sejajar satu sama lain. Tetapi pada awal abad kedua puluh, sumber cahaya adalah matahari, lilin, dan lampu pijar sederhana. Untuk membuat berkas sinar sejajar, sistem lensa kompleks dibangun. Dan dalam hal ini, kurva intensitas cahaya dari sumber adalah faktor yang paling penting.
Dalam pelajaran fisika sering dikatakan bahwa sinar datang dari satu titik. Tetapi generator cahaya nyata memiliki dimensi tertentu. Juga, bagian tengah filamen dapat memancarkan lebih banyak foton daripada tepinya. Akibatnya, lampu menerangi beberapa area di sekitarnya lebih baik daripada yang lain. Garis yang mengelilingi seluruh ruang dengan penerangan yang sama dari sumber tertentu disebut kurva intensitas cahaya.
Blood moon dan gerhana sebagian
Novel vampir penuh dengan transformasi mengerikan yang terjadi pada manusia dan alam di bulan darah. Namun bukan berarti fenomena ini tidak perlu ditakuti. Karena itu adalah akibat dari ukuran Matahari yang besar. Diameter bintang pusat kita kira-kira 110 diameter Bumi. Pada saat yang sama, foton yang dipancarkan dari satu dan sisi lain dari piringan yang terlihat mencapai permukaan planet. Jadi, ketika Bulan jatuh ke penumbra Bumi, itu tidak sepenuhnya dikaburkan, tetapi, seolah-olah, berubah menjadi merah. Atmosfer planet ini juga harus disalahkan atas bayangan ini: ia menyerap semua panjang gelombang yang terlihat, kecuali yang berwarna oranye. Ingat, Matahari juga berubah menjadi merah saat matahari terbenam, dan semuanya tepat karena ia melewati lapisan atmosfer yang lebih tebal.
Bagaimana lapisan ozon bumi terbentuk?
Seorang pembaca yang teliti mungkin bertanya: "Apa hubungan tekanan cahaya dengan eksperimen Lebedev?" Omong-omong, efek kimia cahaya juga disebabkan oleh fakta bahwa foton membawa momentum. Yaitu, fenomena ini bertanggung jawab atas beberapa lapisan atmosfer planet.
Seperti yang Anda ketahui, lautan udara kita sebagian besar menyerap komponen ultraviolet dari sinar matahari. Selain itu, kehidupan dalam bentuk yang diketahui tidak akan mungkin terjadi jika permukaan bumi yang berbatu bermandikan sinar ultraviolet. Namun di ketinggian sekitar 100 km, atmosfer belum cukup tebal untuk menyerap semuanya. Dan ultraviolet mendapat kesempatan untuk berinteraksi dengan oksigen secara langsung. Ini memecah molekul O2 menjadiatom bebas dan mempromosikan kombinasinya menjadi modifikasi lain - O3. Dalam bentuknya yang murni, gas ini mematikan. Itu sebabnya digunakan untuk mendisinfeksi udara, air, pakaian. Namun sebagai bagian dari atmosfer bumi, ia melindungi semua makhluk hidup dari efek radiasi berbahaya, karena lapisan ozon sangat efektif menyerap kuanta medan elektromagnetik dengan energi di atas spektrum tampak.
