מאָססבאַוער ווירקונג: די ווירקונג פון די אנטדעקונג און זייַן באַטייַט

דער אַרטיקל טאָקס וועגן וואָס די מאָססבאַוער ווירקונג. אויך דיסקלאָוזד קאַנסעפּס אַזאַ ווי קוואַנטום ענערגיע לעוועלס אין אַן אַטאָם און אַן אַטאָמישע קערן, האַרט און קאָלעקטיוו קוואַסיפּאַרטיקלע דערין.

מאַטאַמאַטיקאַל שפּאַס

אַ ברייקטרו אין פיזיק אַז occurred אין דער ערשטער יאָרצענדלינג פון די twentieth יאָרהונדערט, סייאַנטיס דעמאַנדעד ערנסט וויסן אין מאטעמאטיק. פילע דיסקאַוועריז האָבן שוין וויטדראָן, אַזוי צו רעדן, אויף די שפּיץ פון די פעדער: אין ערשטער זיי זענען קאַלקיאַלייטיד טיערעטיקאַלי און דעמאָלט געפֿונען אין פיר.

לעמאָשל, די עקזיסטענץ פון גראַוויטיישאַנאַל כוואליעס פּרעדיקטעד דורך עינסטעין אין 1910, זענען ביכולת צו באַשטעטיקן עקספּערימענטאַללי בלויז אין 2016. די מערדזשער פון צוויי נעוטראָן שטערן האט Created טרעמערז פּלאַץ אַז ערדישע פיזיק קאַט און פאַרפעסטיקט דורך עפן די טקופע פון גראַוויטיישאַנאַל מעזשערמאַנץ אין די וויסנשאַפֿט פון מענטשהייַט. ניט קיין ווונדער ערלעכקייט דערמאנט דאָ: ניימלי פֿאַר אַזאַ שטודיום איז די מאָססבאַוער ווירקונג ווערט. אבער דאָס איז די ויסנעם גאַנץ ווי די הערשן. רובֿ אָפֿט, טהעאָריסץ און עקספּערימענטערס שריט אויף יעדער אנדערער ס כילז, איין לערנען האט העכערונג צו די נויט פֿאַר זייַן מאַטאַמאַטיקאַל באַשרייַבונג, און אַדווערס מסקנא ווערט די האַשאָרע פון נייַ, ניט נאָך באקומען דיפּענדאַנסיז. מöססבאַוער ווירקונג איז געווען איינער פון אַזאַ דערשיינונגען. אַזאַ "זייַט" דערשיינונג איז די האַשאָרע און די מאקס Planck אויסגעדריקט אין די סוף פון 1900. עס האט געזאגט אַז אין די וועלט פון עלעקטראָנס און אַטאָמישע נוקלייי, אַלע קוואַנטאַטיז קענען נאָר נעמען דיסקרעטע וואַלועס, וואָס איז קוואַנטיזעד. און, אין זיין אייגן מיינונג, עס איז געווען פּונקט אַ מאַטאַמאַטיקאַל קונץ, וואָס געמאכט קאַלקיאַלייטינג גרינגער. ביז דעם סוף פון זיין לעבן ער האט געגלויבט אַז די קוואַנטום, אָדער דער קלענסטער מעגלעך חלק פון, למשל, ליכט - נאָר פּאַסיק וועג צו באַשרייַבן, נישט קעריינג אַ ערנסט גשמיות זינען.

די קוואַנטום וועלט

אָבער, אנדערע געלערנטע אינטערעסירט אין אַ טויגן באַשרייַבונג פון וואָס איז געשעעניש אויף דער וואָג פון אַטאָמס, געהאלטן די פּאָטענציעל פון אַזאַ אַ מסקנא, און גענומען עס פֿאַר געגעבן אַז אַלץ איז קוואַנטיזעד. די עלעקטראָנס אַרום די קערן קען נאָר זיין אויף זיכער אָרבאַץ נוקלייי זיך קענען נאָר האָבן ספּעציפיש ענערגיע לעוועלס. סקיפּפּינג טהערעבעטוועען, נוקלייי דזשענערייט גאַמאַ שטראַלן. מאָססבאַוער ווירקונג טענהט אַז די אַקציע זאָל פּראָדוצירן אַ מין פון צוריקקומען, אָבער דאָס טוט נישט פּאַסירן. אין אַלגעמיין, אַלע די קוואַנטאַטיז אַז באַשרייַבן די נאַטור פון די נאַנאָוואָרלד זענען אונטער צו קוואַנטיזאַטיאָן - אַז איז דיסקרעטע. אבער טאָן ניט פאַרגעסן אַז די מאָמענטום אַז אין די מאַקראָקאָסם איז אויסגעדריקט ווי די פּראָדוקט פון דער קורס פון מאַסע צו עלעמענטאַר פּאַרטיקאַלז איז עפּעס פונדאַמענטאַללי אַנדערש, וואָס מיטל אַז ער, אויך, איז קוואַנטיזעד. אַזוי אַז וויסנשאַפֿט מעלדונג אין וועלכע די מאַקס פּלאַנק דערייווד זיין באַרימט פאָרמולע אַז כּולל די ווערט פון ה, אָדער מינימאַל ווירקונג, אָפּענעד אַ נייַ טקופע. דאס איז געווען די טקופע פון קוואַנטום פיזיק. מאָססבאַוער ווירקונג, ינטערפּריטיישאַן, וואָס איז שפּעטער געגעבן צו דעם דערשיינונג, האָבן ווערן איינער פון די מערסט וויכטיק מיילסטאָונז פון וויסנשאַפֿט פון די twentieth יאָרהונדערט.

די אנטדעקונג פון די מöססבאַוער ווירקונג

ווי מיר האָבן שוין אויבן אנגעוויזן,, די טעאָרעטיש קאַנקלוזשאַנז געגאנגען האַנט אין האַנט מיט דער עקספּערימענט. עטלעכע פּראַקטיש קאַנקלוזשאַנז פּרוווד אויף געוויקסן געזאמלט ממש "אויף די קני" און אויס פון ברעקל מאַטעריאַלס. ססיענטיסץ האָבן שוין קענען צו ניט בלויז אַרויסווייַזן די פאָרמולע, אָבער אויך פּלאָמבע די קאָלבע, שנייַדן די ברעט צו אַרבעטן מיט מעטאַל און קלייַבן די ינסטאַלירונג. פון קורס, דער קאָפּ פון די לאַבאָראַטאָריעס בלויז סאַמערייזיז די רעזולטאַטן פון זייער וואַרדס. אָבער, יעדער יקספּעראַמענטער איז געווען אויך אַ ינזשעניר, ווי די דיווייסאַז זענען דיזיינד פֿאַר ספּעציפיש צוועקן, און גלייַך אין דער פאָרשונג פּראָצעס. איך איז געווען ניט ויסנעם און די מאָססבאַוער ווירקונג. עפן עס וואָלט ניט נעמען אָרט אויב אַ פאַרביסן דאַקטעראַל רודאָלף מאָססבאַוער ניט געביטן דעם אופֿן פון מעסטן די קאָאָלינג אַפּאַראַט, אַנשטאָט פון באַהיצונג עס, ווי אַדווייזד דורך די מאַשגיעך פון שטודיום.

האַרט

די טעאָריע, וואָס מיר וועלן זאָגן די לייענער אין דעם אָפּטיילונג, עס מיינט קלאָר אין ערשטער בליק. אָבער, ווי איז באַוווסט, גרינג צו שטענדיק אַטשיווז ניט צו גלייבן השתדלות. און אַזוי מיר זענען איצט קענען צו זאָגן אין פּשוט ווערטער וואָס די מאָססבאַוער ווירקונג פֿאַר דוממיעס ממש, אַמאָל געארבעט די גאנצע לאַבאָראַטאָריע.

אונטער די האַרט איז יוזשאַוואַלי מענט אַ מאַטעריע אין אַ קריסטאַליין שטאַט. די נוקלייי פון אַטאָמס אין דעם פאַל פאָרעם אַ שטרענג פּעריאָדיש לאַטאַס, כוועראַז די עלעקטראָנס אין וועריינג דיגריז סאַמערייזד. פון קורס, מעטאַל קריסטאַלז געגרינדעט זייער ספּעציפיש מאַטאַליק בונד דורך וועלכע די קערן עקסיסטירן ווי צו שיידן פון דזשענראַלייזד עלעקטראָנס. די עלעקטראָן וואָלקן לעבן דורך זייַן זעלבשטענדיק געזעץ, ניט פּייינג ופמערקזאַמקייַט צו דער נאַטור פון די קריסטאַל לאַטאַס. די קריסטאַלז וואָס פאָרשטעלן מער טראדיציאנעלן ייאַניק און קאָוואַלענט קייטן, די עלעקטראָנס מער ענג פֿאַרבונדן מיט "זייער" נוקלייי. אבער עס זיי זענען פּאָטער צו רירן צווישן ארומיקע נאָודז ווי אין אַ גאַז אָדער פליסיק.

האַרט שטעלן פּראָפּערטיעס ניט בלויז די כעמיש עלעמענטן וואָס זענען אין זיי, אָבער אויך די סימעטריע פון די אָרדענונג פון אַטאָמס קאָרעוו צו יעדער אנדערער. אין דער קלאַסיש בייַשפּיל פון אַ טשאַד סטרוקטור דזשענערייץ ווייך גראַפיטע, און די אנדערע - די כאַרדאַסט נאַטירלעך מאַטעריאַל - דימענט. אַזוי וואָס טיפּ פון קשר, און סימעטריע פון די אַפּאַראַט צעל מיינען אַ פּלאַץ צו אַ שטרענג גוף. די פּראָפּערטיעס פון די האַרט און עס איז די אַנטפּלעקונג פון וואָס די מאָססבאַוער ווירקונג. זייַן נאַטור איז דערקלערט ווי גייט: אַלע פון די אַטאָמס אין אַ האַרט זענען פֿאַרבונדן.

קאָלעקטיוו קוואַסיפּאַרטיקלעס

איצט ימאַדזשאַן אַ גענוג גרויס דרייַ-דימענשאַנאַל לאַטאַס. פֿאַר די מאָדעל מערסט פּאַסיק זאַלץ: נאַ און קל זענען ליגן אין די ווערטיסעס פון די קיובז, איינער נאָך דעם אנדערן. אויב ווי עס יז כאַפּן איינער אַטאָם און ציען אים צו ברעכן די געוויינטלעך אָרט פון וואָג, דאַנק צו אַ גענוג שטרענג קשר, נאָך עס פּולד די ארומיקע אַטאָמס. חשבונות ווייַזן אַז די ענדערונג אין דער שטעלע פון די האַרץ האט לפּחות קיין באַטייַטיק פּראַל אויף די שכנים פון די דריט סדר. דעם מיטל אַז אויב די "כאַפּן" סאָדיום, נאכגעגאנגען פּולד ארומיקע קלאָרין אַטאָמס, סאָדיום אַטאָמס ווייַטערדיק אים איינער אַוטערמאָוסט שיכטע פון קלאָרין. די פּראַל פון דעם איז מסתּמא צו זיין עקסטענדעד אין אַלע אינסטרוקציעס. עס איז יוזשאַוואַלי האט געזאגט אַז די פערט-סדר פּערטערביישאַן שכנים זענען נעגלאַדזשאַבאַל. אבער, זיי זענען נישט נול.

דעריבער, אויב ווי עס יז "קלאַפּן" קריסטאַל סטראָנגגער (למשל, צו שיקן אים אַ לאַזער אָדער עלעקטראָן שטראַל), די קריסטאַל לאַטאַס וועט "כוואליעס". אַזאַ קאָלעקטיוו באַוועגונג ווען פילע ארומיקע אַטאָמס אין די קריסטאַל סיימאַלטייניאַסלי יבעררוק פילן, למשל, אַרויף אָדער אַראָפּ, גערופֿן פאָנאָנס. בנימצא צו באַשרייַבן וואָס די מאָססבאַוער ווירקונג פֿאַר דאַמיז, מיר וועלן ניט גיין אין דעטאַילס און נאָר זאָגן איר, אז די פאָנאָנס איז געפֿונען געוואָרן צו ביכייוו ווי עלעמענטאַר פּאַרטיקאַלז. לעמאָשל, זייער ענערגיע איז קוואַנטיזעד, זיי פאַרמאָגן ווייוולענגט מאָמענטום און זענען ביכולת צו ינטעראַקט מיט יעדער אנדערער. אזוי, דער פאָנאָנס זענען גערופֿן קאָלעקטיוו קוואַסיפּאַרטיקלעס. זייער נומער און קוואַליטעט פון די האַרט גוף איז געגעבן אַ ביניען אין וואָס זיי פאַלן. רעכענען עס קענען זיין, ווייסט די גרייס, סימעטריע און טייפּס פון אַטאָמס פון די אַפּאַראַט צעל. אויף די פּאַסירונג פון פאָנאָן אויך ווירקן די לענג און טיפּ פון קייטן צווישן די ייאַנז אין די קריסטאַל לאַטאַס.

באַנדע טעאָריע

זינט האַרט סאַמערייזיז אַלע זייַן עלעקטראָנס, און די אָרביטאַלס (און בכן זייער ענערגיע) זאָל אויך זיין דזשענראַלייזד. ערשטער, מיר מוזן געדענקען אַז די עלעקטראָנס געהערן צו דעם סאָרט פון פּאַרטיקאַלז גערופֿן פערמיאָנס. Fermi, דיראַק און פּאַולי צוזאַמען געפֿונען אַז אין איין שטאַט זאל זיין אין די סיסטעם, נאָר איינער אַזאַ פּאַרטאַקאַל. אויב מיר צוריקקומען צו די משל פון סאָלץ, יעדער קריסטאַל, וואָס מיר שפּריצן זופּ אָדער פלייש, קאַמפּרייזינג אַ גלייבן סומע פון סאָדיום און קלאָרייד ייאַנז. און יעדער פון זיי האט די זעלבע נומער פון עלעקטראָנס, וואָס דרייען אויף יידעניקאַל אָרבאַץ. ווי קענען אַז זיין? א האַרט קומט אויס פון די סיטואַציע ווי גייט: די ענערגיע פון יעדער עלעקטראָן אָרבאַטינג אַרום די קערן, אַ ביסל אַנדערש פון קיין אנדערע ענערגיע עלעקטראָנס בילאָנגינג צו דער זעלביקער אָרביט פון אן אנדער אַטאָם. אזוי עס באקומען: אין די קריסטאַל יגזיסץ גאָר פיל ענערגיע לעוועלס וואָס אַנדערש זייַן פון יעדער אנדערער גענוג קליין צו פֿאָרמירן אַ קאַמפּרעסט געגנט. די פּערטערביישאַנז וואָס פאָרשטעלן פאָנאָנס קליין ווייַל איינער אַטאָם ריינדזשאַז זענען נישט זייער שטאַרק. אַלע אַז ענינים איז דער קאָלעקטיוו באַוועגונג ווי אַ גאַנץ. דעריבער, דער פאָנאָן ענערגיע, ווי עס זענען געווען "צעלאָזן" אין דער געגנט פון ענערגיע. באַזירט אויף דעם און די מאָססבאַוער ווירקונג.

ילעקטראָומאַגנעטיק וואָג

די באַוועגונג פון אָפּצאָל פּאַרטיקאַלז איז באגלייט דורך אַ ילעקטראָומאַגנעטיק פעלד. דעם פאַקט לייגט, למשל, די קשיא פון וואָס איינער פּלאַנעט און סאַטאַלייץ פאַרמאָגן זיי, בשעת אנדערע - ניט. ילעקטראָומאַגנעטיק כוואליעס קענען זייַן סאַבדיוויידיד אין קלאסן לויט צו זייער אָפטקייַט און דעריבער ענערגיע. די דאזיקע צוויי קעראַקטעריסטיקס זענען ינטערקאַנעקטיד און אָפענגען אויף די ווייוולענגט. וואָס איז די מאָססבאַוער ווירקונג קענען נאָר בעקיצער, צוגעשטעלט אַז די לייענער ונדערסטאַנדס ווו ילעקטראָומאַגנעטיק וואָג איז ליגן גאַמאַ ראַדיאַציע. אַזוי, עפענען אַרויף די ערווייווז וואָג. טהעאָרעטיקאַללי באַגרענעצן זייער ווייוולענגט - דימענשאַנז אַלוועלט. אָבער, די ענערגיע פון אַזאַ ראַדיאַציע וואָלט זיין אַזוי קליין אַז עס איז אוממעגלעך צו רעגיסטרירן. אַ ביסל העכער אָפטקייַט אין די טעראַהערטז ראַדיאַציע. אָבער, עס איז, און די ראַדיאָ כוואליעס זענען באמערקט אין זייער ספּעציפיש באדינגונגען: ינאַבישאַן פון עלעקטראָנס אין אַ מאַגנעטיק פעלד, פלעקסוראַל ווייבריישאַנז פון פּאָלימערס, די באַוועגונג פון עקססיטאָנס אין די האַרט. מער קלאָר ווייַטער טייל פון די ילעקטראָומאַגנעטיק ספּעקטרום - די ינפראַרעד ראַדיאַציע. עס טראַנספערס ענערגיע אין פאָרעם פון היץ. אַפֿילו העכער ענערגיע פון קענטיק ליכט. אַז טייל פון די ספּעקטרום אַז דער מענטש אויג זעט איז זייער קליין קאַמפּערד צו די גאנצע וואָג.

רויט ליכט האט די לאָואַסט ענערגיע, און לילאַ - דעם העכסטן. אין דעם קשר, עס איז באקאנט פּאַראַדאָקס: די מער קאַלט וואַסער איז אנגעוויזן אין בלוי, וועמענס ענערגיע איז העכער ווי אַז פון רויט ליכט. ווייַטערדיק אַז די אַלטראַווייאַליט חלק פון די ילעקטראָומאַגנעטיק וואָג שוין האט אַ גענוג הויך אָפטקייַט צו דורכנעמען אין אַ האַרט. טראָץ דער פאַקט אַז מענטשן, ווי אנדערע חיות אויף אונדזער פּלאַנעט, טאָן ניט זע אַלטראַווייאַליט ליכט, זייַן וויכטיקייט פֿאַר די געהעריק פונקטיאָנינג פון בייאַלאַדזשיקאַל אָרגאַניזאַמז איז ריזיק. די הויפּט מקור פון אַלטראַווייאַליט לערנען איז דער זון. העכער ענערגיע און די פיייקייַט צו דורכנעמען פילע סאַבסטאַנסיז האט X-Ray. דער מקור פון אַזאַ ראַדיאַציע איז די דיסעלעריישאַן פון עלעקטראָנס אין די ילעקטראָומאַגנעטיק fields. די עלעקטראָנס קענען זיין ביידע געבונדן, י.ע. געהערן אַטאָמס און פּאָטער. די מעדיציניש דיווייסאַז זענען דעוויסעס דורך פּאָטער עלעקטראָנס. צום סוף, די טאָוגהעסט און די רובֿ קורץ-כוואַליע איז גאַמאַ ראַדיאַציע.

רענטגענ-שטראַלן און גאַמאַ

מאָססבאַוער ווירקונג און זייַן אַפּלאַקיישאַן אין פיזיק און אינזשעניריע דאַרף צו ויסטיילן צווישן גאַמאַ שטראַלן און רענטגענ-שטראַלן. דורך די מדרגה פון ענערגיע און, אַקאָרדינגלי, די ווייוולענגט זיי זענען אין אַ זייער ברייט קייט פון אָוווערלאַפּ. אַז איז, עס איז אַ גאַמאַ און רענטגענ-שטראַלן מיט אַ ווייוולענגט פון 5 פּיקאָמעטרעס. פאַרשידענע מעטהאָדס פֿאַר זייער צוגרייטונג. ווי דערקלערט אויבן, די רענטגענ-ראַדיאַציע אַקערז ווען די דיסעלעריישאַן פון עלעקטראָנס. דערצו, אין עטלעכע פּראַסעסאַז (כולל יאָדער) דיסאַפּירז עלעקטראָן פֿון דעם אינעווייניקסטן שאָל גענוג שווער אַטאָם, אַזאַ ווי יערייניאַם. אָבער, אנדערע עלעקטראָנס טענד צו נעמען זייַן אָרט. אַזאַ טראַנזישאַנז, און ווערן אַ מקור פון רענטגענ-שטראַלן. גאַמאַ שטראַלן זענען די רעזולטאַט פון די קערן טראַנזישאַנז פון אַ העכער יקסייטאַד שטאַט. דעם ראַדיאַציע האט אַ הויך פּענאַטרייטינג פיייקייַט און יאָניזעס אַטאָמס צו וואָס ינטעראַקץ. ווערין ווען די גאַמאַ שטראַל קאָללידעס מיט די קערן פון אַ אַטאָם, עס מוזן זיין אַ אַזוי-גערופֿן קיקקבאַקק. אָבער, אין פיר עס אויסגעדרייט אויס אַז די ינטעראַקשאַן פון גאַמאַ שטראַלן מיט די קערן פון אַ אַטאָם בילאָנגינג צו די שטרענג גוף, די פּראַל איז פעלנדיק. דעם איז דערקלערט דורך די פאַקט אַז נאָך ענערגיע, ווי עס זענען געווען "סמירד" דורך עלעקטראָניש באַנדס פון די קריסטאַל, קריייטינג אַ פאָנאָן.

ייסאַטאָופּס

מאָססבאַוער ווירקונג און זייַן אַפּלאַקיישאַן איז ענג שייך צו די איין חידוש פאַקט: די דערשיינונג טוט נישט שפּילן אויף אַלע די כעמיש יסודות פון די פּעריאָדיש טיש. דערצו, עס איז באַטייַטיק בלויז פֿאַר עטלעכע סאַבסטאַנסיז ייסאַטאָופּס. אויב די לייענער איז פּלוצלינג פֿאַרגעסן וואָס ייסאַטאָופּס צוריקרופן. עס איז באקאנט אַז קיין געגעבן אַטאָם איז ילעקטריקלי נייטראַל. דעם מיטל אַז אין די קערן פון positive פּראָטאָנס ווי פיל ווי אין די עלעקטראָן שאָל. אָבער, די האַרץ אויך כּולל אַ נעוטראָן, פּאַרטאַקאַל אָן אָפּצאָל. אויב איר טוישן די נומער אין די קערן, ילעקטריקאַל נוטראַלאַטי איז ניט ווייאַלייטיד, אָבער די פּראָפּערטיעס פון די אַטאָם געביטן אַ ביסל. אין דערצו, עס כאַפּאַנז אַז די כעוויער ייסאַטאָופּ איז ראַדיאָאַקטיוו און איז פּראָנע צו פאַרפוילן, בשעת פּראָסט ענין איז גאַנץ סטאַביל. גאַנץ אַ רשימה פון באַטאָנען יסודות און זייער ייסאַטאָופּס, וואָס זענען קעראַקטערייזד דורך די מאָססבאַוער ווירקונג. דעטעקטיאָן פון ⁵⁷ Fe, למשל, איז בכלל טראַסטיד דורך דעם דערשיינונג.

די נוצן פון קוואַנטום ווירקונג

פּראָדוצירן דערפאַרונג, וואָס איז באשטעטיקט דורך איינער אָדער די אנדערע כייפּאַטאַסאַס שייך צו די מייקראַסקאַפּיק וועלט, עס איז אָפֿט נישט גרינג. אין דערצו, עס איז ומקלאָר וואָס Benefits קענען ברענגען די זעלבע ווירקונג מאָססבאַוער? די נוצן פון עס, אָבער, איז ברייט גענוג. ויספאָרשונג פון פּראָפּערטיעס פון קריסטאַליין מאַטעריאַלס, אַמאָרפאָוס סאָלידס און פינעלי קאָממינוטעד פּאַודערז אַקערז, כולל דורך דעם קוואַנטום דערשיינונג. אַזאַ דאַטע זענען required אין פאַירלי ווייַט פֿון די פיר סעקשאַנז (טעאָרעטיש פיזיק), און אין זייער נאָענט מענטש דיסאַפּלאַנז - אַזאַ ווי מעדיצין. אזוי, דער מאָססבאַוער ווירקונג און זייַן נוצן זאָל זייַן געהאלטן ווי אַ בייַשפּיל פון טעאָרעטיש ופדעקונג, וואָס ברענגט אַ פּלאַץ פון Benefits, אַפֿילו אין וואָכעדיק לעבן.