22-6 Comptonov jav

22-1 Emisia svetla žeravými telesami; 22-2 Infračervené a ultrafialové žiarenie; 22-3 "Ultrafialová katastrofa"; 22-4 Zrod kvanta energie; 22-5 Záhada fotoelektrického javu; 22-6 Comptonov jav;

Úlohy

22-6 Comptonov jav

Planckova myšlienka fotónov, ako balíkov energie a častíc svetla, ktoré sa zrážajú s elektrónmi prebudil záujem amerického fyzika Arthura Comptona11. Compton si predstavoval zrážku fotónu s elektrónom veľmi prakticky, ako zrážku dvoch biliardových gúľ na biliardovom stole. Bol tej mienky, že napriek väzbovým silám, ktoré držia elektrón v atóme v blízkosti kladného jadra, ako v planetárnom modeli, tieto elektróny sa chovajú takmer tak, ako voľné elektróny, pokiaľ ich fotóny sú schopné vyraziť z atómu. Predpokladajme, že čierna biliardová guľa (elektrón), je priviazaná vláknom ku klincu zatlčeného do stola. Hráč, ktorý vlákno nevidí, sa pokúsi čiernu guľu trafiť bielou guľou tak, aby ju dostal do otvoru v rohu stola (obr. 22.7). Ak hráč pošle bielu guľu s malou rýchlosťou, vlákno vstrebá silu nárazu a z pokusu nič nebude. Pokiaľ sa však biela guľa pohybuje o niečo rýchlejšie, vlákno sa môže pretrhnúť, ale čierna guľa sa bude pohybovať v nesprávnom smere. Ak teraz kinetická energia bielej gule bude výrazne väčšia, než je potrebné k pretrhnutiu vlákna, ktoré púta čiernu guľu, prítomnosť vlákna nebude významne vplývať na to, čo sa udeje po zrážke, a výsledok zrážky dvojice gúľ bude približne taký, akoby tam vlákno ani nebolo, akoby čierna guľa nebola vôbec priviazaná ku klincu.

Compton rozpoznal, že väzbová energia najslabšie viazaných elektrónov atómu je porovnateľná s energiou fotónov viditeľného svetla. Preto vo svojich experimentoch použil k zrážke mimoriadne energetické fotóny z röntgenového žiarenia, ktorých frekvencia je mnoho tisíckrát väčšia, než frekvencia (a tým aj energia) fotónov viditeľného svetla. Zrážku fotónov z röntgenového žiarenia s  elektrónom atómov je možné skutočne skúmať a počítať, ako zrážku dvoch biliardových gúľ. Pri skoro čelnej zrážke čierna guľa (elektrón) sa dá do pohybu veľkou rýchlosťou v pôvodnom smere pohybu bielej gule (fotónu). Biela guľa (fotón) väčšiu časť svojej energie stratí a odrazí sa späť. Pri šikmej zrážke biela guľa stratí menej energie, a trochu sa odchýli od pôvodného smeru letu. Pokiaľ sa o seba len „šúchnu“, biela guľa pokračuje v pôvodnom smere skoro bez zmeny, a stratí len nepatrnú časť svojej energie. V reči kvantov svetla to znamená, že fotóny röntgenového žiarenia, ktoré sa v zrážke vychýlia o  väčší uhol, budú mať po zrážke menšiu energiu a väčšiu vlnovú dĺžku. Comptonom vykonané experimenty potvrdili teoretické očakávania vo všetkých ohľadoch, a potvrdili kvantový charakter žiarenia.

Comptonov jav

Obr. 22.7:Do čiernej gule pripevnenej vláknom ku klincu narazí biela guľa. (a) Ak energia bielej gule je malá, vplyv vlákna je podstatný. (b) Pokiaľ je energia bielej gule veľká, vplyv vlákna je zanedbateľný, akoby čierna guľa nebola pripevnená ku klincu.

Box 22-1 Albert Einstein

Albert Einstein [albert ajnstajn] (14.03.1879 - 18.04.1955) fyzik narodený v Nemecku, Nobelovu cenu za fyziku získal za rok 1921 za zásluhy v oblasti teoretickej fyziky s dôrazom za jeho zásluhy za vysvetlenie fotoelektrického javu. Nedostal teda Nobelovu cenu za špeciálnu ani všeobecnú teóriu relativity. Zvláštnosťou bolo, že cenu dostal až v roku 1922. V roku 1921 totiž Nobelova komisia neuznala za vhodné nikomu udeliť Nobelovu cenu, a za relativitu udeliť Nobelovu cenu nebola ochotná. Podľa závete Alfreda Nobela komisia môže v danom roku neudeliť cenu, a v takom prípade je cenu možné udeliť o rok neskôr vhodnému adeptovi spätne. To sa stalo aj v  Einsteinovom prípade, keď Nobelova cena za rok 1921 mu bola udelená v roku 1922. Je dosť pravdepodobné, že v pozadí pracovali zlé úmysly. Einstein bol známy pacifista, a silnel aj antisemitizmus. Nobelova komisia nakoniec rozhodla udeliť Nobelovu cenu Einsteinovi za relatívne starú prácu (spomínaná práca bola publikovaná v roku 1905). Objavila sa však zo strany komisie upozornenie, že cena bola udelená: „bez toho, aby bola vzatá v úvahu hodnota, ktorá bude pripisovaná vašej teórii relativity a gravitácie po tom, čo budú potvrdené v  budúcnosti“. Dodnes sa vedú debaty, čo táto poznámka mala znamenať. V roku 1919 Eddington už dokázal, že Einsteinove predpovede ohľadom teórie gravitácie sú správne. Prvý výklad je teda ten, že v danom okamihu komisia nepovažovala teóriu relativity a teóriu gravitácie za vhodné udelenia Nobelovej ceny. Druhý výklad, ktorý sa pripúšťa je, že Nobelova komisia chcela ponechať možnosť udelenia druhej Nobelovej ceny Einsteinovi, neskôr, práve za jeho zásluhy v tejto oblasti. Nikdy sa to nestalo. Tvrdí sa, že poznámkou bol žiadaný, aby vo svojej slávnostnej reči počas ceremónie prevzatia ceny sa o špeciálnej teórii relativity a teórii gravitácie nezmieňoval.
Posledným zvratom príbehu bolo, že Einstein sa ceremónie predávania Nobelovej ceny nezúčastnil. Napriek tomu, že mu bolo oznámené, že získal cenu, pokračoval v prednáškovom turné v Japonsku. Čiastočne to bolo preto, lebo chcel tým dať najavo, že zdôvodnenie pridelenia neuznáva, a čiastočne preto, lebo bolo múdrejšie sa neukazovať v Európe. Nemecký minister zahraničných vecí, Walther Rathenau, bol zavraždený antisemitami. Pri nasledujúcom policajnom vyšetrovaní sa Einsteinovo meno našlo na zozname ďalších cieľov. Vzhľadom na také smrteľné nebezpečenstvo bolo múdrejšie stráviť pár mesiacov na Ďalekom východe, než pár dní v Stockholme na preberaní Nobelovej ceny. [prevzaté z The Gardien (8.10.2012), Stuart Clark: Why Einstein never received a Nobel prize for relativity].
Podľa historika vedy Friedmana (Robert Marc Friedman), keď Einstein mal vymenovať ocenenia, ktoré dostal, väčšinou začal Medailou Maxa Plancka, ktorú obdržal od Nemeckej fyzikálnej spoločnosti. Následne menoval ďalšie, ale Nobelovu cenu za fyziku nespomenul. Po Eddingtonovom potvrdení Einsteinovej teórie gravitácie každý očakával, že Nobelova cena za fyziku za rok 1920 Einsteina neminie. Podľa Friedmana Einsteinov pacifizmus a židovský pôvod však vyvolával takú nevôľu v členoch Nobelovej komisie, že radšej sa rozhodli pre švajčiarskeho fyzika, ktorý objavil inertnú zliatinu niklu a oceli (Charles-Edouard Guillaume). Friedmann uviedol vo svojej štúdii, že Guillaume bol rozhodnutím prekvapený rovnako tak, ako celý svet. Nobelova komisia v roku 1921 sa radšej rozhodla cenu za fyziku neudeliť. Nakoniec v roku 1922 sa rozhodli tak, ako rozhodli, a Einstein dostal Nobelovu cenu za fyziku za rok 1921 za jeho prispenie do kvantovej teórie prostredníctvom vysvetlenia fotoelektrického javu, kým Nielsovi Bohrovi udelili v tom istom roku Nobelovu cenu za fyziku za rok 1922 za jeho zásluhy v skúmaní štruktúry atómu a jeho žiarenia (teda tiež za prispenie do kvantovej teórie). Friedman poukázal na to, že než aby bol hlas Nobelovej komisie „božím hlasom“, ako o tom uvažuje tlač a verejnosť, často boli jeho rozhodnutia v minulosti veľmi politické, a pravdepodobne sú stále. [prevzaté z Discover (28.09.2006), Virginia Hughes: Einstein versus the Nobel Prize].
Záverom poznamenajme, že Nobelov výbor dnes eviduje tú Einsteinovu prednášku ako ceremoniálnu (laureáti vždy majú slávnostnú prednášku pri prevzatí ceny), ktorú adresoval Severskému zhromaždeniu prírodovedcov v Göteborgu (Nordic Assembly of Naturalists at Hothengurg) z 11-ho júla 1923, ktorá je celá venovaná teórii relativity, a nepadne v nej ani zmienka o fotoelektrickom jave. Treba však poznamenať, že Einstein kvantovú teóriu obdivoval, považoval ju za veľmi inšpirujúcu napriek tomu, že ju silne kritizoval [Abraham Pais: Subtle is the Lord/ The Science and the Life of Albert Einstein, Oxford University Press 2005].

11Arthur Holly Compton [artur holly kompton] (10.09.1892-15.03.1962), americký fyzik, nositeľ Nobelovej ceny za fyziku za rok 1927 (polovica ceny, druhá polovica Charles Thomson Rees Wilson). Compton dostal Nobelovu cenu za objav javu, ktorý po ňom bol pomenovaný, a o ktorom tu pojednávame. (Wilson dostal Nobelovu cenu za vypracovanie metódy registrácie trajektórie rýchle sa pohybujúcich elektricky nabitých častíc pomocou kondenzácie pár – tzv. Wilsonova komora).

© 2020-2023 Paradise on Phys4U. Všetky práva vyhradené.
Vytvorené službou Webnode
Vytvorte si webové stránky zdarma! Táto stránka bola vytvorená pomocou služby Webnode. Vytvorte si vlastný web zdarma ešte dnes! Vytvoriť stránky