ஒளியின் துகள் இயல்பு பற்றிய ஐன்ஸ்டீனின் விளக்கம்

ஒளியின் துகள் இயல்பு பற்றிய ஐன்ஸ்டீனின் விளக்கம்

ஒளிமின் விளைவை விளக்குவதற்கு பிளாங்க் குவாண்டம் கொள்கையை ஐன்ஸ்டீன் 1905 – இல் விரிவாக்கினார். ஐன்ஸ்டீனின் கொள்கைப்படி, ஒளி ஆற்றலானது அலைமுகப்புகளில் பரவியில்லாமல், சிறு சிப்பங்கள் அல்லது குவாண்டாகளில் குவிக்கப்பட்டிருக்கும். எனவே ஒளி மூலத்திலிருந்து குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணில் வெளிவரும் ஒளியானது (அல்லது பிற மின்காந்த அலைகள்) ஆற்றல் சிப்பங்கள் அல்லது குவாண்டா கற்றைகளாகக் கருதப்படுகின்றது. ஒவ்வொரு ஒளி குவாண்டத்தின் ஆற்றல் E = hv ஆகும்.

மேலும் அவரது கருத்துப்படி, ஒளி குவாண்டத்திற்கு நேர்கோட்டு உந்தம் உண்டு மற்றும் அதன் எண்மதிப்பு p=hv/c ஆகும். வரையறுக்கப்பட்ட ஆற்றல் மற்றும் உந்தத்தை பெற்ற ஒவ்வொரு ஒளி குவாண்டமும் துகள் பண்பைக் கொண்டிருக்கும். துகளாகச் செயல்படும் இந்த ஒளி குவாண்டம் ஃபோட்டான் எனப்படும். ஆகவே, ஃபோட்டான் என்பது ஒளியின் துகள் வெளிப்பாடே தவிர வேறில்லை.

ஃபோட்டானின் சிறப்பியல்புகள்

ஒளியின் துகள் இயல்பு அடிப்படையில், ஃபோட்டான்கள் என்பது எந்தவொரு கதிர்வீச்சின் அடிப்படைக்கூறு ஆகும். ஃபோட்டான்கள் பின்வரும் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன.

i) λ அலைநீளமும் v அதிர்வெண்ணும் கொண்ட ஒளியின் ஃபோட்டான் ஆற்றல் பின்வருமாறு அமையும்.

ii) ஃபோட்டானின் ஆற்றல் கதிர்வீச்சின் அதிர்வெண்ணால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. அதன் செறிவினைப்பொருத்து அமைவதில்லை. ஒளிச்செறிவிற்கும், ஒளிக்கற்றையில் உள்ள ஃபோட்டானின் ஆற்றலுக்கும் எவ்வித தொடர்பும் இல்லை .

iii) ஃபோட்டான்கள் ஒளியின் திசைவேகத்தில் பயணம் செய்யும். மேலும் அதன் நேர்கோட்டு உந்தமானது p = h/λ = hv/c எனும் சமன்பாட்டிலிருந்து பெறப்படும்.

iv) ஃபோட்டான்கள் மின் நடுநிலைத் தன்மையுடன் இருப்பதால், மின் மற்றும் காந்த புலங்களினால் விலகலடையாது.

v) ஃபோட்டான் பருப்பொருளுடன் வினைபுரியும் போது (ஃபோட்டான் - எலக்ட்ரான் மோதலின் போது), மொத்த ஆற்றல், மொத்த நேர்க்கோட்டு உந்தம் மற்றும் கோண உந்தம் ஆகியவற்றின் மதிப்புகள் மாறுவதில்லை. இந்த வினையின் போது ஃபோட்டான் உட்கவர்தலோ அல்லது புதிய ஃபோட்டான் உருவாக்கமோ இருப்பதால், ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கையில் மாற்றம் இருக்கலாம்.

குறிப்பு

குவாண்டம் கருத்துப்படி,  கொடுக்கப்பட்ட அலைநீளத்தில் ஒளிச்செறிவு என்பது ஓரலகு காலத்தில் ஓரலகு பரப்பின் மீது படும், சமமான ஆற்றலைப் கொண்டுள்ள, ஆற்றல் குவாண்டா அல்லது ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கை ஆகும். இதன் அலகு Wm^-2.

ஒளிமின் சமன்பாட்டைப் பற்றிய ஐன்ஸ்டீ னின் விளக்கம்

ஒரு உலோகப்பரப்பின் மீது hv ஆற்றல் கொண்ட ஃபோட்டான் ஒன்று படும் போது, இந்த ஆற்றல் முழுவதுமாக எலக்ட்ரான் ஒன்றினால் உட்கவரப்பட்டு அந்த எலக்ட்ரான் உமிழப்படுகிறது. இந்த நிகழ்வில், ஃபோட்டானின் ஒரு பகுதி ஆற்றல் உலோகப்பரப்பிலிருந்து எலக்ட்ரானை வெளியேற்றுவதற்குப் பயன்படுகிறது (ஒளிமின் வெளியேற்று ஆற்றல்Ø₀). மீதமுள்ள ஆற்றல் உமிழப்பட்ட எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றலாக மாறுகிறது. எனவே ஆற்றல் அழிவின்மை விதிப்படி,

இங்கு m என்பது எலக்ட்ரானின் நிறை மற்றும் ν  அதன் திசைவேகம் ஆகும். இது படம் 7.13(அ)வில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம் 7.13 ஒளி எலக்ட்ரான்களின் உமிழ்வு

படு ஒளியின் அதிர்வெண்ணைக் குறைத்தால், ஒளி எலக்ட்ரான்களின் வேகம் அல்லது இயக்க ஆற்றலும் குறைகிறது. ஒளியின் குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணில் (v₀), எலக்ட்ரான்கள் இயக்க ஆற்றல் ஏதுமின்றி உமிழப்படுகின்றன (படம் 7.13 (ஆ)). எனவே சமன்பாடு (7.6) ஆனது பின்வருமாறு அமையும்.

hv0 = ϕ0

இங்கு V₀ என்பது பயன்தொடக்க அதிர்வெண் ஆகும். சமன்பாடு (7.6)ஐ மாற்றி எழுதினால்,

சமன்பாடு (7.7) ஆனது ஐன்ஸ்டீனின் ஒளிமின் சமன்பாடு எனப்படும்

அக மோதல்களினால் எலக்ட்ரான்களுக்கு ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படவில்லை எனில், அவை K_{பெருமம்} எனும் பெரும இயக்க ஆற்றலுடன் உமிழப்படுகின்றன. எனவே

இங்கு ν _{பெருமம்} என்பது உமிழப்படும் எலக்ட்ரானின் பெரும வேகமாகும். சமன்பாடு (7.6)ஐ பின்வருமாறு மாற்றியமைக்கலாம்.

ஒளி எலக்ட்ரான்களின் பெரும் இயக்க ஆற்றல் K_{பெருமம்} மற்றும் படுஒளியின் அதிர்வெண் v இடையே உள்ள வரைபடம், ஒரு நேர்கோடு ஆகும் (படம் 7.14). இந்த நேர்கோட்டின் சாய்வு h மற்றும் y- அச்சு வெட்டுப்பகுதி Ø₀ ஆகும்.

ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாட்டினை சோதனை அடிப்படையில் R.A மில்லிகன் என்பவர் சரிபார்த்தார். அவர் பல்வேறு உலோகங்களுக்கு (சீசியம், பொட்டாசியம், சோடியம் மற்றும் கால்சியம்), K_{பெருமம்} மற்றும் v இடையே உள்ள வரைபடத்தை வரைந்தார் (படம் 7.15). அந்த வரைபடங்களில் இருந்து வரைகோட்டின் சாய்வானது உலோகங்களை பொருத்தது அல்ல எனக் கண்டறிந்தார்.

படம் 7.15 வெவ்வேறு உலோகங்களின் K_{பெருமம்} மற்றும் பக்கான வரைபடம்

மேலும் பிளாங்க் மாறிலி (h=6.626x10^-34 Js) மற்றும் பல்வேறு உலோகங்களின் (C_S, K, Na, Ca) வெளியேற்று ஆற்றலையும் மில்லிகன் கணக்கிட்டார். இந்த மதிப்புகள் அனைத்தும் கொள்கை அடிப்படையில் கணக்கிடப்பட்ட மதிப்புக்களுடன் உடன்பட்டன.

ஒளிமின் விளைவிற்கான விளக்கம்:

ஐன்ஸ்டீனின் ஒளிமின் சமன்பாட்டின் உதவியுடன் ஒளிமின் விளைவு பற்றிய சோதனை முடிவுகளுக்கு பின்வரும் விளக்கத்தைப் பெறலாம்.

i) ஒவ்வொரு போட்டானும் ஒரு எலக்ட்ரானை உலோகப்பரப்பிலிருந்து வெளியேற்றுவதால், ஒளிச்செறிவு அதிகரிக்கும் போது (ஓரலகு காலத்தில் ஓரலகு பரப்பில் விழும் ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கை) உமிழப்படும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கிறது. ஒளிமின்னோட்டமும் அதிகரிக்கிறது. இது சோதனை அடிப்படையிலும் கண்டறியப்பட்டுள்ளது.

ii) என்ற சமன்பாட்டில் இருந்து, K_{பெருமம்} ஆனது அதிர்வெண் V-விற்கு நேர்த்தகவில் அமையும். ஆனால் ஒளிச்செறிவினைப் பொருத்து அமையாது.

iii) சமன்பாடு (7.7) லிருந்து, உலோகப் பரப்பிலிருந்து எலக்ட்ரானை வெளியேற்றுவதற்கு ஃபோட்டானுக்கு குறிப்பிட்ட சிறும் ஆற்றல் (உலோகத்தின் வெளியேற்று ஆற்றலுக்குச் சமம்) தேவைப்படுகிறது. இந்த ஆற்றலைவிட குறைந்த மதிப்புகளில் ஒளிமின் உமிழ்வு இருக்காது. அதற்கேற்ப, பயன்தொடக்க அதிர்வெண் எனப்படும் சிறும் அதிர்வெண்ணிற்கு கீழே உள்ள அதிர்வெண்களில், ஒளிமின் உமிழ்வு இருக்காது.

iv) குவாண்டம்கொள்கையின்படி, ஃபோட்டானில் இருந்து எலக்ட்ரானுக்கு ஆற்றல் மாற்றப்படுவது ஒரு உடனடி நிகழ்வாகும். எனவே ஃபோட்டான் படுவதற்கும் எலக்ட்ரான் உமிழப்படுவதற்கும் இடையே காலதாமதம் இருக்காது.

இவ்வாறு குவாண்டம் கொள்கையின்படி ஒளிமின் விளைவு விளக்கப்படுகிறது.

ஒளியின் இயல்பு: அலை - துகள் இருமைப்பண்பு

ஒளியின் அலை இயல்பு மூலம் குறுக்கீட்டு விளைவு, விளிம்பு விளைவு மற்றும் தள விளைவு ஆகிய நிகழ்வுகளை பற்றிய விளக்கத்தைப் பயின்றோம். மேலும் கரும்பொருள் கதிர்வீச்சு, ஒளிமின் விளைவு ஆகிய நிகழ்வுகளை ஒளியின் துகள் இயல்பு மூலம் விளக்கினோம். எனவே, இரு கொள்கைகளுக்கும் போதுமான பரிசோதனைச் சான்றுகள் உள்ளன.

பழங்காலங்களில், புதிய சோதனை முடிவுகளுக்கு பொருந்தாத கொள்கைகள் மாற்றி அமைக்கப்பட்டன அல்லது நிராகரிக்கப்பட்டன. இங்கு ஒளியின் இயல்பு என்ன? எனும் கேள்விக்கு விடையளிப்பதற்கு இரு கொள்கைகள் தேவைப் படுகின்றன.

இவற்றில் இருந்து ஒளியானது துகள் மற்றும் அலை எனும் இருமைப்பண்பைப் பெற்றுள்ளது என முடிவு செய்யப்பட்டது. சில சூழ்நிலைகளில் ஒளியானது அலையாகவும் மற்றும் வேறு சில சூழ்நிலைகளில் துகளாகவும் செயல்படுகிறது.

இதனை வேறு விதமான கூறினால், ஒளி பரவும் போது அலையாகவும், பொருள்களுடன் இடைவினை புரியும் போது துகளாகவும் செயல்படுகிறது. அனைத்து இயற்பியல் நிகழ்வுகளையும் விவரிக்க இரு கொள்கைகளும் அவசியமாகும். எனவே அலை இயல்பும் குவாண்டம் (துகள்) இயல்பும் ஒன்றையொன்று பூர்த்தி செய்யும் தன்மை கொண்டுள்ளன