Preguntas sobre el efecto fotoeléctrico (recompensa por puntuación alta)

Categoría: Educación/Ciencia gt; Ciencia y Tecnología

Descripción del problema:

En 1905, Einstein propuso sobre la base del concepto cuántico de Planck. la teoría de los fotones y explicó con éxito el efecto fotoeléctrico. Esta teoría sostiene que la luz también tiene propiedades de partículas cuando se propaga en el espacio. Un rayo de luz es una corriente de partículas que se mueven a la velocidad de la luz. Estas partículas se llaman cuantos de luz o, para abreviar, fotones. Un fotón de luz con frecuencia ν tiene energía ε = hν, donde h es la constante de Planck. Cuando la luz incide sobre una superficie metálica, los electrones se escapan de la superficie metálica. Este fenómeno se denomina efecto fotoeléctrico. Los electrones que se escapan se llaman fotoelectrones. El efecto fotoeléctrico sólo puede ocurrir cuando la frecuencia de la luz incidente es mayor o igual a la frecuencia límite.

■¿Es el proceso por el que los fotones irradian electrones una colisión?

Si es así, ¿por qué no se produce el efecto fotoeléctrico cuando la frecuencia de la luz incidente es menor que la frecuencia límite? (Cada colisión transferirá energía al electrón, por lo que si ocurren múltiples colisiones que aumentan la energía del electrón, entonces el electrón siempre escapará del confinamiento del núcleo)

Si no, ¿cómo puede el fotón transferirla al electrón? ¿Transferencia de energía a los electrones? ¿Cómo se pasa a los electrones de una sola vez? (De la ecuación del efecto fotoeléctrico) ¿En qué estado se encuentra el fotón después de la transmisión?

■Einstein propuso que la luz que se propaga en el espacio no es continua, sino que viene en partes, y cada parte se llama fotón. Entonces, ¿cuál es la masa de esta "una porción"?

■La luz tiene dualidad onda-partícula, entonces, ¿cuál es la conexión entre la teoría ondulatoria y la teoría de partículas?

Análisis:

La siguiente es mi opinión personal:

1. La colisión entre fotones y electrones no es una colisión en el sentido tradicional, sino la propagación de energía, que es más vívida, al igual que el sol nos calienta cuando brilla sobre nosotros. En cuanto a tu idea, creo que se puede comparar así. Cuando la frecuencia de un fotón es pequeña, su energía también es pequeña. Usamos la energía cinética como analogía. Si usamos pelotas de ping pong en el sol para golpear la Tierra, por supuesto es difícil darle a la Tierra suficiente energía cinética para cambiar significativamente la órbita de la Tierra. Por supuesto, lo que quieres decir es golpearla con una cantidad infinita de pelotas de ping pong. bolas. Pero después de todo, nuestro objetivo es muy pequeño y, por pequeña que sea la bala, no puede tener suficiente fuerza.

2. Cuando decimos masa de un fotón, nos referimos principalmente a su masa en reposo. Científicos de todo el mundo están estudiando este aspecto. Existen principalmente los siguientes aspectos.

a. Según el British New Scientist, 2002, 175 (2359): 19, una investigación reciente realizada por tres científicos especuló que los fotones en el universo primitivo tenían una masa de aproximadamente una cien milmillonésima de gramo. Al estudiar el problema de que todas las galaxias del universo están rodeadas de campos magnéticos, T. Prokopec de la Universidad de Heidelberg en Alemania y O. Törnkvist del Royal College de Londres pensaron que estos campos magnéticos pueden ser restos de fotones que habían masa cuando el universo comenzó a expandirse rápidamente. La mayoría de los científicos creen que la masa de la partícula proviene de la partícula del bosón de Higgs, aún no descubierta. Estas partículas están distribuidas por todo el espacio. Son densas alrededor de algunas partículas y escasas alrededor de otras. Es esta densidad agregada la que les da su masa, por lo que los quarks son pesados ​​y los electrones son ligeros.

Ahora, los dos científicos mencionados, en colaboración con R. Woodard de la Universidad de Florida, han deducido basándose en la teoría cuántica y la teoría del universo inflacionario que el secreto de por qué los fotones tienen masa en los primeros tiempos El universo reside en la permeabilidad de la energía del vacío en todo el espacio.

Según la teoría cuántica, el vacío no está realmente vacío, sino que está lleno de pares de partículas creadas a partir de la nada. En circunstancias normales, estos pares de partículas positivas y negativas chocan y se aniquilan tan pronto como aparecen. Sin embargo, mucho menos de un segundo después de la creación del Big Bang, el universo se expandió rápidamente hacia afuera (el llamado período de inflación). esta vez, las partículas emparejadas pueden sentir la atracción de la inflación. La rápida expansión del espacio empuja a las partículas positivas y negativas tan lejos que no pueden aniquilarse entre sí y llenar el espacio.

El bosón de Higgs no puede afectar a los fotones, pero esas partículas cargadas sí, pero se necesita más energía de lo normal para crear un fotón en un mar de estas partículas, y las partículas son atraídas hacia el fotón A. Se obtendrá una masa de 10-11 gramos. Una vez que cesara la fase inflacionaria, la energía adicional que acompañaría a esta masa crearía un campo magnético que evolucionó hasta convertirse en los campos magnéticos que se observan hoy alrededor de los cuerpos celestes.

(De bioon/popular/library/200406/48370)

b. La teoría actual sobre la masa en reposo de los fotones se basa en la teoría de la interacción. Según el punto de vista moderno, todas las interacciones básicas deberían satisfacer la invariancia de la transformación de normas.

La razón por la que se requieren interacciones para satisfacer la invariancia de calibre es porque existe una dificultad de divergencia bien conocida en la teoría cuántica de campos. La dificultad de divergencia debe resolverse mediante el método de renormalización y las condiciones para su viabilidad. el método de renormalización es Es decir, la teoría debe satisfacer la invariancia normativa. Sin embargo, la invariancia calibre está estrechamente relacionada con que la masa estática de las partículas del campo calibre sea 0. Por ejemplo, la invariancia de calibre del campo electromagnético está directamente relacionada con que la masa estática del fotón sea 0.

En teoría, esto no sólo es válido para las interacciones electromagnéticas, sino también para otras interacciones. Esto es cierto para las interacciones fuertes y débiles, así como para la teoría de la interacción gravitacional establecida por Einstein: la relatividad general. Ambas son teorías de calibre. La teoría unificada electrodébil establecida sobre esta base, y la teoría propuesta desde la década de 1970 que unifica las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas, son todas teorías normativas. La gente incluso imaginó que las interacciones gravitacionales también se incluirían en esta teoría y establecieron una completamente unificada. teoría. En resumen, la teoría del calibre se ha convertido en una dirección extremadamente importante en la investigación física.

Sin embargo, aunque las partículas W± y Z° descubiertas en 1983 confirmaron la exactitud de la teoría unificada electrodébil estandarizada, los experimentos demostraron que todas tienen masa estática. La forma de resolver esta dificultad es que esas partículas del campo calibre no tienen masa estática originalmente, y la masa observada actualmente es causada por la ruptura de la simetría del vacío. En otras palabras, estas partículas no tienen masa estática en el vacío original, pero el vacío mismo puede cambiar y parecen tener masa en el vacío modificado.

El vacío físico en realidad está compuesto por pares de partículas positivas y negativas en lugar de la nada absoluta. El fondo del vacío fluctuará bajo ciertas condiciones, y esta fluctuación se llama polarización del vacío. En este momento, el fotón interactuará con los pares de partículas positivas y negativas producidos debido a la polarización del vacío, de modo que el fotón se comporta como si tuviera masa estática.

En el vacío real, los fotones no tienen masa en reposo. En el vacío físico actual, los fotones pueden tener masa estática. En cuanto a cómo evolucionó el vacío actual a partir del vacío original, ésta es la cuestión más básica de la física.

Las opiniones anteriores son algunas suposiciones teóricas, y queda por estudiar más a fondo si son correctas o no.

(Fuente: nsfz/ywj/wll/kejian/ShowArticle?ArticleID=636)

De hecho, simplemente de E=Mc2, energía cinética 1/2MC2 y la gravedad universal del agujero negro, podemos saber que los fotones deben tener masa. No creo que esta masa sea muy pequeña.

3. La respuesta anterior es correcta: macroscópicamente muestra volatilidad, microscópicamente muestra similitud con partículas