Den fotoelektriska effekten
* Experimentet: Lys ljus på en metallyta. Om ljuset har tillräckligt med energi utkastas elektroner från metallen.
* Problemet: Klassisk vågteori förutspådde att ljusets intensitet skulle avgöra hur många elektroner som kastas ut och att någon ljusfrekvens så småningom skulle kunna mata ut elektroner.
* Einsteins lösning (1905): Ljus uppför sig som om det är gjord av små paket med energi som kallas fotoner. En fotonnas energi är proportionell mot ljusfrekvensen (E =HF, där E är energi, H är Plancks konstant och F är frekvens).
* Nyckelobservation: Ljusets frekvens * avgör om elektroner matas ut, inte intensiteten. Detta beror på att en foton energi är direkt relaterad till dess frekvens. Endast fotoner med tillräckligt med energi för att övervinna metallens "arbetsfunktion" (den energi som krävs för att frigöra en elektron) kan mata ut elektroner.
Andra bevis för ljus som partiklar:
* Compton spridning: Röntgenstrålar sprids av elektroner, och de spridda röntgenstrålarna har en längre våglängd än de infallande röntgenstrålarna. Detta kan förklaras genom att betrakta röntgenfotonerna som partiklar som kolliderar med elektronerna.
* Blackbody -strålning: Detta fenomen beskriver den elektromagnetiska strålningen som släpps ut av ett uppvärmt objekt. Klassisk fysik misslyckades med att förklara formen på Blackbody -spektrumet, men Planck förklarade framgångsrikt det genom att anta att energin i den utsända strålningen kvantiserades, vilket innebar att den fanns i diskreta paket.
* parproduktion: Högenergifotoner kan omvandlas till en elektron och en positron (en anti-elektron). Detta visar att energi kan omvandlas till materien och ytterligare stödja ljusets partikel.
Wave-Particle Duality
Det är viktigt att notera att ljus inte alltid uppför sig som en ström av partiklar och inte heller uppför sig som en våg. Ljus uppvisar både partikelliknande och vågliknande egenskaper, ett koncept som heter Wave-Particle Duality. Detta är en grundläggande princip i kvantmekanik.
Tänk på det så här:
Ljus är som en kameleon och ändrar sitt "utseende" beroende på situationen. Ibland fungerar det som en våg, ibland fungerar det som en partikel. Det är inte det ena eller det andra; Det är båda samtidigt.
