Teoria das Cordas: Idea Nobel de Einstein da Luz

Fótons são uma das partículas fundamentais da física que os físicos esperam para explicar usando a teoria das cordas. Einstein recebeu o Prêmio Nobel não para a relatividade, mas sim por seu trabalho em usar a ideia de Planck do quantum para explicar outro problema - o efeito fotoelétrico.

Ele foi mais longe do que Planck, sugerindo que todos energia eletromagnética foi quantificada. Luz, Einstein disse, mudou-se não em ondas, mas em pacotes de energia. Estes pacotes de energia passou a ser chamado fótons.

o efeito fotoelétrico ocorre quando a luz brilha sobre certos materiais que, em seguida, emitem elétrons. É quase como se as pancadas leves perder os elétrons, levando-os a voar fora do material. O efeito fotoelétrico foi observada pela primeira vez em 1887 por Heinrich Hertz, mas continuou a quebra físicos até 1905 explicação de Einstein.

células solares modernas trabalhar fora o mesmo princípio que o efeito fotoelétrico. Composto por materiais fotoelétricos, eles tomam a radiação eletromagnética na forma de luz solar e convertê-la em elétrons livres. Esses elétrons livres em seguida, executar através de fios para criar uma corrente elétrica que pode alimentar dispositivos como luzes ornamentais em seu canteiro de flores ou rovers marcianos da NASA.

Na primeira, o efeito fotoelétrico não parecia tão difícil de explicar. Os elétrons energia absorvida da luz, o que fez com que os elétrons para voar fora da placa de metal. Os físicos ainda sabia muito pouco sobre os elétrons - e praticamente nada sobre o átomo - mas isso fazia sentido.

Como esperado, se o aumento da luz intensidade (A energia total por segundo realizada pelo feixe), mais electrões foram definitivamente emitida (ver a parte superior da figura). Havia dois problemas inesperados no entanto:

• Acima de um determinado comprimento de onda, não são emitidos electrões - não importa quão intensa a luz é (como se mostra na parte inferior da figura).

• Quando você aumenta a intensidade da luz, a velocidade dos elétrons não muda.

  

Einstein via uma ligação entre este primeiro problema e a catástrofe ultravioleta enfrentado por Max Planck, mas na direcção oposta. A luz de comprimento de onda mais longo (ou luz com menor frequência) não conseguiram fazer as coisas que estavam sendo alcançados pela luz de comprimento de onda mais curto (leve, com maior frequência).

Planck tinha criado uma relação proporcional entre a energia e frequência. Einstein novamente fez o que era melhor na - ele tomou a matemática pelo valor de face e aplicou-o de forma consistente. O resultado foi que a luz de alta frequência tinha fótons de energia mais elevados, por isso foi capaz de transferir energia suficiente para o elétron para ele começar batido solto.

Os fótons de baixa frequência não têm energia suficiente para ajudar todos os elétrons escapar. Os fótons tinha que ter energia acima de um certo limiar, para bater os elétrons soltos.

Da mesma forma, o segundo problema do noneffect de intensidade de luz sobre a velocidade de um electrão também é resolvido pela visão quântica de Einstein de luz. A energia de cada fotão é baseada na sua frequência (ou o comprimento de onda), de modo a aumentar a intensidade não altera a energia de cada photon- só aumenta o número total de fotões.

É por isso que o aumento da intensidade faz com que mais electrões para se emitida, mas cada electrão mantém a mesma velocidade. O fóton indivíduo bate para fora um elétron com a mesma energia de antes, mas mais fótons estão fazendo o mesmo trabalho. Sem electrões único recebe o benefício do aumento da intensidade.

Com base no princípio de que a velocidade da luz era constante (a base de sua teoria da relatividade especial), Einstein sabia que esses fótons sempre se mover na mesma velocidade, c. Sua energia seria proporcional à frequência da luz, com base em definições de Planck.