منو
 کاربر Online
319 کاربر online

حدود فیزیک کلاسیک

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک کلاسیک
(cached)

نگاه اجمالی

پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم شاهد بحرانی در علم فیزیک بود. یک رشته از نتایج آزمایشگاهی مستلزم مفاهیم کاملا مغایر با فیزیک کلاسیک بود. تکامل این مفاهیم ، در جریان برخوردی مطلوب بین فرضیات اصولی و آزمایشهای مدبرانه ، بالاخره به نظریه کوانتومی ‌منجر شد. مفاهیم جدیدی که فیزیک کلاسیک در توجیه آنها با شکست مواجه شد و در واقع این مفاهیم به نحوی حد و مرز فیزیک کلاسیک را تعیین نمودند، مفاهیمی ‌در مورد خواص ذره‌ای تابش ، خواص موجی ماده و کوانتش کمیات فیزیکی هستند.

تابش جسم سیاه

وقتی که جسمی ‌را گرما دهند، تابش می‌کند. در حالت تعادل ، نور گسیل یافته شامل طیف تمام فرکانس‌ها می‌باشد و توزیع طیفی آن به فرکانس ، یا معادل آن ، به طول موج نور تابشی و دمای جسم بستگی دارد. در اینجا کمیتی به نام توان تابشی تعریف می‌شود که عبارت است از انرژی گسیل یافته در طول موج λ ، درجه حرارت T ، در واحد سطح و در واحد زمان. مطالعات نظری در مورد تابش گرمایی که توسط کیرشهف شروع شد، نشان داد که به ازای هر طول موج مفروض λ ، نسبت توان گسیلی E ، به جذب‌پذیری A ، که به عنوان کسری از تابش فرودی با طول موج λ تعریف می‌شود که توسط جسم جذب می‌گردد، برای تمام اجسام یکسان است.

جسم سیاه به عنوان سطحی تعریف می‌شود که تمام تابش فرودی را جذب می‌کند. بنابراین ، می‌توان گفت که مقدار جذب‌پذیری A ، در مورد جسم سیاه برابر یک است. بنابراین نسبت توان گسیلی به جذب‌پذیری در مورد جسم سیاه برابر با توان گسیلی است و چون این نسبت باید مقدار ثابتی باشد، لذا توان گسیلی در مورد جسم سیاه ، یک ثابت جهانی است.

در مورد جسم سیاه ، فیزیک کلاسیک قادر به توجیه نتایج تجربی مشاهده شده نبود. قانونی که وین در مورد چگالی انرژی تابشی جسم سیاه بر حسب دما ارائه داد، فقط در فرکانسهای بالا (طول موجهای پایین) با نتایج تجربی همخوانی داشت. قانون ریلی_جینز نیز فقط در فرکانسهای پایین می‌توانست نتایج تجربی را به خوبی توجیه کند.

در سال 1955 ، ماکس پلانک با قیاس ماهرانه فرمول وین برای فرکانس‌های بالا و فرمول ریلی_جینز برای فرکانس‌های پایین ، یک فرمول کلی به دست آورد که این فرمول می‌توانست در تمام فرکانس‌ها با نتایج تجربی سازگار باشد. در این فرمول ثابت پلانک نیز معرفی شد. ثابتی که در فیزیک نوین نقش بسیار اساسی بازی می‌کند و بسیار سودمند است. خاصیت دیگر فرمول پلانک این بود که در فرکانس‌های پایین به فرمول ریلی_جینز و در فرکانسهای بالا به فرمول وین تبدیل می‌شد.

پدیده فوتوالکتریک

نتیجه فرمول پلانک در مورد طبیعت کوانتومی‌ تابش ، با وجود آنکه موفق بود، به سختی پذیرفته ‌شد. سهم عمده در قبولاندن آن از کار انیشتین حاصل شد. انیشتین در سال 1905 با استفاده از مفهوم کوانتومی ‌نور ، بعضی از خواص غیر منتظره فلزات را هنگام فرود نور مرئی و ماورا بنفش تشریح کرد. یکی از این خواص پدیده فوتوالکتریک بود.

در پدیده فوتوالکتریک ، بر سطح یک فلز نور می‌تابانند و با احراز شرایط خاصی فلز مورد نظر از خود الکترون گسیل می‌کند. بطوری که این جریان فوتوالکتریک در یک مدار خارجی جریان پیدا می‌کند. نتایجی که به صورت تجربی از این آزمایش حاصل می‌شد، به صورت کامل توسط فیزیک کلاسیک قابل توجیه نبود. فقط چند خاصیت بوسیله فیزیک کلاسیک تشریح می‌شد و برای تشریح کامل آن باید از مفهوم کوانتومی‌ تابش پلانک بهره گرفته می‌شد. بنابراین پدیده فوتوالکتریک پدیده دیگری بود که ناکارآمدی فیزیک کلاسیک را اثبات کرده و محدوده‌ای را بوجود می‌آورد که به عنوان مرز حالت کلاسیک می‌توان تصور نمود.

پدیده کامپتون

آزمایشی که مستقیم‌ترین گواه طبیعت ذره‌ای تابش را میسر ساخت، اثر کامپتون بود. کامپتون کشف کرد که وقتی تابشی با طول موج مفروض (در ناحیه اشعه ایکس) از یک ورقه فلزی عبور کند، طوری پراکنده می‌شود که با نظریه کلاسیک تابش مغایرت دارد. طبق نظریه کلاسیک ، ساز و کار این اثر عبارت است از بازتاب نور بوسیله الکترونهایی که با تابش فرودی تحت نوسانهای واداشته قرار گرفته‌اند و این به پیشگویی شدت مشاهده شده تحت زاویه Ө منجر می‌شود که به صورت تغییر می‌کند و به طول موج تابش فرودی بستگی ندارد.

اما کامپتون دریافت که تابش پراکنده شده در هر زاویه مفروض در واقع از دو مولفه تشکیل یافته است، یک مولفه که طول موج آن با طول موج تابش فرودی برابر است و مولفه دیگر که طول موج آن نسبت به طول موج فرودی به اندازه‌ای که به زاویه بستگی دارد، جابجا شده است و این جابجایی قابل محاسبه است.

سخن آخر

آنچه اشاره شد فقط تعداد اندکی از پدیده‌هایی بودند که محدود بودن نظریه کلاسیک را به اثبات می‌رسانند. پدیده‌های دیگری مانند پراش الکترون ، پدیده تولید زوج ، پدیده نابودی زوج و ... وجود دارند که گواه محکمی ‌بر اثبات فوق می‌باشند، که در اینجا به خاطر مختصر و مفید بودن کلام از تشریح تمام این پدیده‌ها خودداری شد. بدین ترتیب ، محدودیت نظریه کلاسیک مشاهده شد و این امر باعث شد تا نظریه کوانتومی که نظریه کاملتری بود، حاصل شود.

البته نمی‌توان گفت که نظریه کوانتومی ‌آخرین و کاملترین نظریه خواهد ماند، شاید در آینده مسائلی بوجود آید که نظریه کوانتومی ‌نیز به سرنوشت نظریه کلاسیک تبدیل شود و نظریه جدید دیگری حاصل شود و این از نتایج علم بشری است که با گذشت زمان کامل و کاملتر می‌شود.

مباحث مرتبط با عنوان


تعداد بازدید ها: 19097


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..