อี.เอส.
, สถาบันการศึกษาเทศบาล โรงเรียนมัธยมหมายเลข 16 พร้อม UIOP, Lysva, ภูมิภาคระดับการใช้งาน

การกำเนิดของฟิสิกส์ควอนตัม

ค้นหาจุดเริ่มต้นของทุกสิ่งแล้วคุณจะเข้าใจมาก!
คอซมา พรุตคอฟ

วัตถุประสงค์ทางการศึกษาของบทเรียน:แนะนำแนวคิดเรื่องความไม่ต่อเนื่องของสสาร กำหนดแนวคิดเรื่องทวินิยมของสสารควอนตัมและคลื่น พิสูจน์การใช้สูตรของพลังค์และความยาวคลื่นเดอบรอกลี

วัตถุประสงค์การพัฒนาของบทเรียน:พัฒนาการคิดเชิงตรรกะ ความสามารถในการเปรียบเทียบและวิเคราะห์สถานการณ์ และดูการเชื่อมโยงแบบสหวิทยาการ

วัตถุประสงค์ทางการศึกษาของบทเรียน:เพื่อสร้างความคิดวิภาษวัตถุนิยม

ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์มีคุณค่าสากลของมนุษย์และมีศักยภาพด้านมนุษยธรรมมหาศาล ในระหว่างการศึกษา มีการเปิดเผยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน (การทดลองทางวิทยาศาสตร์ การสร้างแบบจำลอง การทดลองทางความคิด การสร้างและโครงสร้างของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์) นักเรียนจะต้องได้รับโอกาสในการมองโลกผ่านสายตาของนักฟิสิกส์เพื่อที่จะเข้าใจความนิรันดร์และการเปลี่ยนแปลงของโลก - โลกที่มีมากมายทั้งใหญ่และเล็กไม่มีนัยสำคัญ รวดเร็วมาก และช้าผิดปกติ เรียบง่ายและเข้าใจยาก - รู้สึกถึงความปรารถนาอย่างต่อเนื่องของมนุษย์ในความรู้ที่มอบความพึงพอใจอย่างสุดซึ้ง ทำความคุ้นเคยกับตัวอย่างประสบการณ์เชิงลึกของ "ความสงสัยทางวิทยาศาสตร์" และการเคลื่อนไหวที่กล้าหาญไปตามเส้นทางที่ไม่คุ้นเคยเพื่อค้นหาความสง่างาม ความกะทัดรัด และความชัดเจน .

ฉัน. ครู.เมื่อเราเริ่มศึกษาทัศนศาสตร์ ฉันถามคำถามว่า “แสงคืออะไร” คุณจะตอบตอนนี้ว่าอย่างไร? พยายามกำหนดความคิดของคุณในประโยคเดียว ขึ้นต้นด้วยคำว่า “แสงสว่างคือ...” จาก F.I. Tyutchev มีบรรทัดต่อไปนี้: “ อีกครั้งด้วยสายตาโลภ // ฉันดื่มแสงที่ให้ชีวิต” โปรดลองแสดงความคิดเห็นในบรรทัดเหล่านี้จากมุมมองทางฟิสิกส์ ในบทกวีตั้งแต่โฮเมอร์จนถึงปัจจุบัน ความรู้สึกที่เกิดจากแสงถือเป็นสถานที่พิเศษมาโดยตลอด บ่อยครั้งที่กวีมองว่าแสงเป็นของเหลวที่ส่องสว่างและส่องแสงเป็นพิเศษ

เพื่อให้การสนทนาเกี่ยวกับแสงสว่างในวันนี้สมบูรณ์ ฉันอยากจะอ่านถ้อยคำของ S.I. วาวิโลวา: “สงครามแห่งชัยชนะอย่างต่อเนื่องเพื่อความจริง ซึ่งไม่มีวันสิ้นสุดในชัยชนะครั้งสุดท้าย ล้วนแต่มีเหตุผลที่ไม่อาจโต้แย้งได้ บนเส้นทางสู่การเข้าใจธรรมชาติของแสง มนุษย์ได้รับกล้องจุลทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ เครื่องค้นหาระยะ วิทยุ และรังสีเอกซ์ งานวิจัยนี้ช่วยในการควบคุมพลังงานของนิวเคลียสของอะตอม ในการค้นหาความจริง มนุษย์ได้ขยายขอบเขตความเชี่ยวชาญในธรรมชาติของเขาอย่างไร้ขีดจำกัด นี่ไม่ใช่ภารกิจที่แท้จริงของวิทยาศาสตร์ใช่ไหม (เน้นของฉัน - สหภาพยุโรป.)»

ครั้งที่สอง ครู.ในกระบวนการศึกษาฟิสิกส์เราได้คุ้นเคยกับทฤษฎีต่างๆ มากมาย เช่น MCT อุณหพลศาสตร์ ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของ Maxwell เป็นต้น วันนี้เรากำลังจะเสร็จสิ้นการศึกษาทัศนศาสตร์คลื่นแล้ว เราต้องสรุปการศึกษาในหัวข้อนี้ และบางทีอาจถึงประเด็นสุดท้ายสำหรับคำถามที่ว่า “แสงคืออะไร” คุณสามารถใช้ตัวอย่างจากทัศนศาสตร์คลื่นเพื่อแสดงบทบาทของทฤษฎีในกระบวนการทำความเข้าใจธรรมชาติได้หรือไม่?

ขอให้เราจำไว้ว่าความสำคัญของทฤษฎีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่ามันทำให้สามารถทำนายปรากฏการณ์ทางกายภาพใหม่ๆ ที่ยังไม่ทราบ คุณสมบัติของร่างกายและรูปแบบได้ด้วย ดังนั้น ทฤษฎีคลื่นจึงอธิบายปรากฏการณ์ของการรบกวน การเลี้ยวเบน โพลาไรเซชัน การหักเห การกระจายตัวของแสง และทำให้สามารถ "ค้นพบที่ปลายปากกา" ซึ่งเป็นการทำนายได้ ในปี ค.ศ. 1815 ออกัสติน เฟรสเนล วิศวกรที่เกษียณอายุราชการซึ่งไม่ทราบชื่อ ได้นำเสนอบทความอธิบายปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนให้กับ Paris Academy of Sciences การวิเคราะห์งานนี้ได้รับความไว้วางใจจากนักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง - นักฟิสิกส์ D. Arago และนักคณิตศาสตร์ S. Poisson ปัวซองอ่านงานนี้ด้วยความหลงใหล และค้นพบความไร้สาระที่โจ่งแจ้งในข้อสรุปของเฟรสเนล: หากวางเป้าหมายทรงกลมเล็ก ๆ ไว้ในลำแสง จุดไฟก็ควรจะปรากฏขึ้นตรงกลางเงา! คุณคิดว่าเกิดอะไรขึ้นต่อไป? ไม่กี่วันต่อมา Arago ทดลองและพบว่า Fresnel พูดถูก! ดังนั้น ศตวรรษที่ 19 จึงเป็นศตวรรษแห่งชัยชนะของทัศนศาสตร์คลื่น

แสงคืออะไร? แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง

เมื่อเสร็จสิ้นการศึกษาฟิสิกส์ส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติของแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฉันเสนอให้ทำการทดสอบ "คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" อย่างอิสระ (ดูภาคผนวก 1) เราตรวจสอบการดำเนินการด้านหน้า

สาม. ครู.และนี่คือสิ่งที่หนังสือพิมพ์ลอนดอนเขียนไว้ก่อนปี 1900: “เมื่อถนนในลอนดอนสว่างไสวด้วยแสงไฟเฉลิมฉลองที่ทำจากหลอดไฟสว่างไสวแทนที่จะเป็นชามน้ำมันสลัว รถแท็กซี่ก็ขับขึ้นไปที่อาคารโบราณบนถนน Fleet Street ทีละคันๆ สุภาพบุรุษผู้มีเกียรติสวมชุดคลุมเดินขึ้นบันไดอันกว้างใหญ่ที่มีแสงสว่างจ้าเข้าสู่ห้องโถง จากนั้นสมาชิกของ Royal Society of London ก็มารวมตัวกันเพื่อการประชุมครั้งต่อไป เซอร์วิลเลียม ทอมสัน ตัวสูง ผมหงอก มีหนวดเคราหนา (คุณรู้เกี่ยวกับความสำเร็จของเขาในสาขาฟิสิกส์ไหม? - สหภาพยุโรป.) เมื่อแปดปีที่แล้วได้รับตำแหน่งขุนนางและลอร์ดเคลวินจากมือของสมเด็จพระราชินีวิกตอเรีย (คุณคุ้นเคยกับชื่อนี้หรือไม่ - สหภาพยุโรป.) และตอนนี้ประธานสมาคมได้เริ่มกล่าวสุนทรพจน์ปีใหม่ นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่แห่งศตวรรษที่ 19 กล่าวถึงความสำเร็จที่ประสบความสำเร็จในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา และกล่าวถึงข้อดีของผู้ที่อยู่ในปัจจุบัน...

ผู้ที่รวมตัวกันพยักหน้าเห็นด้วย พูดตามตรงพวกเขาทำงานได้ดี และเซอร์วิลเลียมพูดถูกเมื่อเขากล่าวว่าสิ่งปลูกสร้างอันยิ่งใหญ่แห่งฟิสิกส์ได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว โดยเหลือเพียงส่วนตกแต่งเล็กๆ น้อยๆ เท่านั้น

จริงอยู่ (ลอร์ดเคลวินขัดจังหวะคำพูดของเขาครู่หนึ่ง) ในขอบฟ้าฟิสิกส์ที่ไร้เมฆ มีเมฆเล็กๆ สองก้อน ปัญหาสองประการที่ยังไม่พบคำอธิบายจากมุมมองของฟิสิกส์คลาสสิก... แต่ปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นชั่วคราวและเกิดขึ้นเพียงชั่วครู่ นั่งอย่างสงบบนเก้าอี้โบราณที่มีพนักพิงสูง สุภาพบุรุษยิ้ม ทุกคนรู้ว่าเรากำลังพูดถึงอะไร:

1) ฟิสิกส์คลาสสิกไม่สามารถอธิบายการทดลองของมิเชลสันได้ ซึ่งไม่ได้กำหนดอิทธิพลของการเคลื่อนที่ของโลกที่มีต่อความเร็วแสง ในระบบอ้างอิงทั้งหมด (ทั้งที่กำลังเคลื่อนที่และอยู่นิ่งสัมพันธ์กับโลก) ความเร็วแสงจะเท่ากันคือ 300,000 กม./วินาที

2) ฟิสิกส์คลาสสิกไม่สามารถอธิบายกราฟของการแผ่รังสีวัตถุดำที่ได้รับจากการทดลองได้”

เซอร์วิลเลียมนึกภาพไม่ออกว่าอีกไม่นานจะมีฟ้าผ่าชนิดใดเกิดขึ้นจากเมฆเหล่านี้! เมื่อมองไปข้างหน้า ฉันจะพูดว่า: การแก้ปัญหาแรกจะนำไปสู่การแก้ไขแนวคิดคลาสสิกเกี่ยวกับอวกาศและเวลา ไปจนถึงการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพ การแก้ปัญหาที่สองจะนำไปสู่การสร้างทฤษฎีใหม่ - ควอนตัม นี่คือวิธีแก้ไขปัญหาที่สองที่จะกล่าวถึงในบทเรียนวันนี้!

IV. (นักเรียนจดบันทึกลงในสมุดบันทึก: วันที่ บทที่ หัวข้อบทเรียน: “ต้นกำเนิดของฟิสิกส์ควอนตัม”) ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 19 และ 20 ปัญหาเกิดขึ้นในวิชาฟิสิกส์ซึ่งจำเป็นต้องแก้ไขอย่างเร่งด่วน: คำอธิบายทางทฤษฎีของกราฟการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท ร่างกายสีดำที่สมบูรณ์แบบคืออะไร? - สมมติฐานของนักเรียน สาธิตคลิปวีดีโอเรื่อง “การแผ่รังสีความร้อน” .)

ครู.เขียนลงไปว่า: “วัตถุสีดำสนิทคือวัตถุที่สามารถดูดซับโดยไม่สะท้อนฟลักซ์การแผ่รังสีที่ตกกระทบทั้งหมด คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกความยาวคลื่น (ความถี่ใดก็ได้)”

แต่วัตถุสีดำสนิทก็มีคุณลักษณะอีกอย่างหนึ่ง จำได้ไหมว่าทำไมคนที่มีผิวดำจึงอาศัยอยู่ในเขตเส้นศูนย์สูตร? “วัตถุสีดำหากถูกความร้อนจะเรืองแสงสว่างกว่าวัตถุอื่นๆ กล่าวคือ พวกมันปล่อยพลังงานออกมาในทุกช่วงความถี่” เขียนสิ่งนี้ลงในสมุดบันทึกของคุณ

นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองหาสเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท - วาดกราฟ) รν – ความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลัง – พลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยเวลาจากพื้นที่ผิวหน่วยของร่างกายในช่วงเวลาความถี่ของหน่วย ν ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ทำนายการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่เส้นโค้งการแผ่รังสีวัตถุสีดำตามทฤษฎีที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของทฤษฎีนี้ มีความคลาดเคลื่อนกับเส้นโค้งการทดลองในย่านความถี่สูง ผู้มีจิตใจดีที่สุดในยุคนั้นแก้ไขปัญหานี้: ลอร์ดเรย์ลีห์และเจ. ยีนส์ชาวอังกฤษ, ชาวเยอรมัน P. Kirchhoff และ V. Wien, ศาสตราจารย์มอสโก V.A. มิเชลสัน. ไม่มีอะไรทำงาน!

เสนอทางออกจากสถานการณ์ปัจจุบัน เส้นโค้งทางทฤษฎีแตกต่างจากเส้นโค้งการทดลอง เป็นอย่างไรและจะทำอย่างไร? - นักเรียนแสดงสมมติฐาน: ทำการทดลองอย่างระมัดระวังมากขึ้น - พวกเขาทำ ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิม เปลี่ยนทฤษฎี - แต่นี่คือหายนะ รากฐานทั้งหมดของฟิสิกส์คลาสสิกซึ่งถูกสร้างขึ้นมานานนับพันปีพังทลายลง!) เรียกว่าสถานการณ์ที่สร้างขึ้นในวิชาฟิสิกส์ ภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต

เขียนว่า: “วิธีการของฟิสิกส์คลาสสิกไม่เพียงพอที่จะอธิบายการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิทในย่านความถี่สูง - มันเป็น "ภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต"

ใครจะเดาได้ว่าทำไมวิกฤตนี้จึงถูกตั้งชื่อ ภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต,และไม่ใช่อินฟราเรดหรือสีม่วง? วิกฤติฟิสิกส์แตกแล้ว! คำภาษากรีก κρίση [ วิกฤติ] แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่ยากลำบากจากสถานะที่มั่นคงหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ปัญหาต้องได้รับการแก้ไขและแก้ไขอย่างเร่งด่วน!

วี.ครู.ดังนั้นในวันที่ 19 ตุลาคม พ.ศ. 2443 ในการประชุมของสมาคมกายภาพนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเอ็ม. พลังค์เสนอให้ใช้สูตรในการคำนวณการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท อี = ชมν Heinrich Rubens เพื่อนและเพื่อนร่วมงานของ Planck นั่งอยู่ที่โต๊ะทั้งคืนเปรียบเทียบการวัดของเขากับผลลัพธ์ที่ได้จากสูตรของ Planck และต้องประหลาดใจ: สูตรของเพื่อนของเขาบรรยายสเปกตรัมรังสีของวัตถุสีดำสนิทในรายละเอียดที่เล็กที่สุด! ดังนั้นสูตรของพลังค์จึงกำจัด "ภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต" ได้ แต่จะแลกมาด้วยอะไร! พลังค์เสนอให้พิจารณาว่าการแผ่พลังงานรังสีโดยอะตอมของสสารเกิดขึ้นอย่างแยกส่วน กล่าวคือ ในส่วนควอนตัม ซึ่งตรงกันข้ามกับทัศนะที่ตั้งไว้ "ควอนตัม" ( ปริมาณ) แปลจากภาษาละตินแปลว่า ปริมาณ .

"ไม่ต่อเนื่อง" หมายถึงอะไร? เรามาทำการทดลองทางความคิดกันดีกว่า ลองจินตนาการว่าคุณมีขวดน้ำอยู่ในมือ เป็นไปได้ไหมที่จะโยนครึ่ง? ลองจิบดูไหม? และแม้แต่น้อย? โดยหลักการแล้ว มันเป็นไปได้ที่จะลดหรือเพิ่มมวลของน้ำในปริมาณเล็กน้อยโดยพลการ ทีนี้ลองจินตนาการว่าเรามีกล่องลูกบาศก์สำหรับเด็กขนาด 100 กรัมอยู่ในมือ เป็นไปได้ไหมที่จะลดเช่น 370 กรัม? เลขที่! คุณไม่สามารถทำลายลูกบาศก์ได้! ดังนั้นมวลของกล่องจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้เฉพาะในส่วนที่ทวีคูณของ 100 กรัมเท่านั้น! สามารถเรียกจำนวนที่น้อยที่สุดที่สามารถเปลี่ยนมวลของกล่องได้ ส่วน,หรือ ควอนตัมของมวล

ดังนั้นการไหลอย่างต่อเนื่องของพลังงานจากวัตถุสีดำที่ได้รับความร้อนจึงกลายเป็น "การระเบิดของปืนกล" ของส่วนที่แยกจากกัน - ควอนตัมพลังงาน ดูเหมือนจะไม่มีอะไรพิเศษ แต่ในความเป็นจริง นี่หมายถึงการทำลายอาคารฟิสิกส์คลาสสิกที่สร้างขึ้นอย่างยอดเยี่ยมทั้งหมด เนื่องจากแทนที่จะใช้กฎพื้นฐานพื้นฐานที่สร้างขึ้นบนหลักการของความต่อเนื่อง พลังค์เสนอหลักการของความรอบคอบ พลังค์เองก็ไม่ชอบความคิดเรื่องความรอบคอบ เขาพยายามที่จะกำหนดทฤษฎีเพื่อให้เข้ากับกรอบของฟิสิกส์คลาสสิกโดยสิ้นเชิง

แต่มีคนหนึ่งที่ตรงกันข้าม ก้าวข้ามขอบเขตของแนวคิดคลาสสิกอย่างเด็ดขาดยิ่งกว่าเดิม ชายคนนี้คือ ก. ไอน์สไตน์ เพื่อให้คุณเข้าใจธรรมชาติการปฏิวัติของมุมมองของไอน์สไตน์ ฉันจะบอกว่าโดยใช้ความคิดของพลังค์เขาวางรากฐานสำหรับทฤษฎีเลเซอร์ (เครื่องกำเนิดควอนตัม) และหลักการใช้พลังงานปรมาณู

นักวิชาการ S.I. เป็นเวลานานมากที่ Vavilov ไม่สามารถชินกับแนวคิดเรื่องแสงในฐานะสสารของควอนตัมได้ แต่เขากลายเป็นผู้ชื่นชมสมมติฐานนี้อย่างกระตือรือร้นและยังคิดวิธีสังเกตควอนตัมอีกด้วย เขาคำนวณว่าดวงตาสามารถมองเห็นแสงสว่างที่เกิดจากแสงสีเขียว 52 ควอนต้าได้

ตามที่พลังค์กล่าวไว้ แสงคือ... ( คำชี้แจงของนักเรียน).

วี. ครู.สมมติฐานของพลังค์ไม่ได้เตือนให้คุณนึกถึงสมมติฐานที่ทราบอยู่แล้วเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงใช่หรือไม่ เซอร์ไอแซก นิวตันเสนอให้พิจารณาแสงว่าประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ ซึ่งก็คือคอร์พัสเคิล วัตถุใดๆ ที่ส่องสว่างย่อมเปล่งแสงออกไปทุกทิศทุกทาง พวกมันบินเป็นเส้นตรง และหากมันกระทบดวงตาของเรา เราก็จะมองเห็นแหล่งที่มาของมัน แต่ละสีจะสอดคล้องกับเม็ดเลือดของมันเองและมีความแตกต่างกัน โดยส่วนใหญ่แล้วจะมีมวลต่างกัน การไหลของเม็ดเลือดที่รวมกันทำให้เกิดแสงสีขาว

ในสมัยเซอร์ไอแซก นิวตัน ฟิสิกส์ถูกเรียกว่าปรัชญาธรรมชาติ ทำไม อ่าน (ดูภาคผนวก 2) กฎพื้นฐานของวิภาษวิธีข้อหนึ่ง - กฎแห่งการปฏิเสธของการปฏิเสธ ลองนำไปประยุกต์ใช้กับคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงดู - การใช้เหตุผลของนักเรียน)

ดังนั้น ตามสมมติฐานของเอ็ม. พลังค์ แสงคือกระแสของอนุภาค คอร์ปัสเคิล ควอนตัม ซึ่งแต่ละอนุภาคมีพลังงาน อี = ชมν โปรดวิเคราะห์สูตรนี้: ν คืออะไร? เกิดอะไรขึ้น ชม. (นักเรียนคนหนึ่งจะแนะนำอย่างแน่นอนว่านี่เป็นค่าคงที่ซึ่งตั้งชื่อตามพลังค์- หน่วยของค่าคงที่ของพลังค์คืออะไร? ค่าคงที่คืออะไร ( การทำงานกับตารางค่าคงที่ทางกายภาพ- ค่าคงที่ของพลังค์ชื่ออะไร? ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่ของพลังค์คืออะไร?

เพื่อชื่นชมความงามของสูตรของพลังค์ เรามาดูปัญหา... ชีววิทยากันดีกว่า ฉันขอเชิญนักเรียนตอบคำถามในสาขาวิชาชีววิทยา (ภาคผนวก 3)

กลไกการมองเห็นเราได้รับข้อมูลเกี่ยวกับโลกประมาณ 90% ผ่านการมองเห็น ดังนั้นคำถามเกี่ยวกับกลไกการมองเห็นจึงมีผู้สนใจอยู่เสมอ เหตุใดดวงตาของมนุษย์และประชากรโลกส่วนใหญ่จึงรับรู้เพียงช่วงเล็กๆ ของคลื่นจากสเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ในธรรมชาติ จะเป็นอย่างไรหากบุคคลนั้นมีการมองเห็นด้วยอินฟราเรด เช่น งูพิษ?

ในเวลากลางคืนเราจะเห็นวัตถุอินทรีย์ทั้งหมดเช่นเดียวกับตอนกลางวัน เนื่องจากอุณหภูมิของพวกมันแตกต่างจากอุณหภูมิของวัตถุที่ไม่มีชีวิต แต่แหล่งกำเนิดรังสีที่ทรงพลังที่สุดสำหรับเราก็คือร่างกายของเราเอง หากดวงตาไวต่อรังสีอินฟราเรด แสงของดวงอาทิตย์ก็จะจางหายไปให้เราเมื่อเทียบกับพื้นหลังของรังสีของมันเอง เราจะไม่เห็นอะไรเลยดวงตาของเราก็จะไร้ประโยชน์

ทำไมดวงตาของเราไม่ตอบสนองต่อแสงอินฟราเรด? ให้เราคำนวณพลังงานควอนต้าของอินฟราเรดและแสงที่มองเห็นโดยใช้สูตร:

พลังงานของควอนตัม IR น้อยกว่าพลังงานของควอนตัมแสงที่มองเห็นได้ ควอนตัมจำนวนมากไม่สามารถ "รวมตัวกัน" เพื่อทำให้เกิดการกระทำที่เกินกว่าพลังของควอนตัมเดียวได้ - ในโลกใบเล็กมีปฏิสัมพันธ์แบบตัวต่อตัวระหว่างควอนตัมและอนุภาค มีเพียงควอนตัมของแสงที่มองเห็นซึ่งมีพลังงานมากกว่าแสงอินฟราเรดเท่านั้นที่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาในโมเลกุลโรดอปซิน เช่น แท่งม่านตา ผลกระทบของควอนตัมแสงที่มองเห็นได้บนเรตินาสามารถเปรียบเทียบได้กับการกระแทกของลูกเทนนิส ซึ่งย้าย... อาคารหลายชั้น (ความไวของเรตินาสูงมาก!)

เหตุใดดวงตาจึงไม่ตอบสนองต่อรังสีอัลตราไวโอเลต? รังสียูวียังมองไม่เห็นด้วยตา แม้ว่าพลังงานของควอนตายูวีจะมากกว่าพลังงานควอนตาแสงที่มองเห็นได้มากก็ตาม จอประสาทตาไวต่อรังสียูวี แต่เลนส์ดูดซับไว้ ไม่เช่นนั้นจะมีผลในการทำลายล้าง

ในกระบวนการวิวัฒนาการ ดวงตาของสิ่งมีชีวิตได้ปรับตัวเพื่อรับรู้พลังงานของการแผ่รังสีจากแหล่งกำเนิดที่ทรงพลังที่สุดในโลก - ดวงอาทิตย์ - และคลื่นเหล่านั้นที่อธิบายพลังงานสูงสุดของรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนโลกอย่างแม่นยำ

การสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชสีเขียว กระบวนการที่สิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้รับออกซิเจนในการหายใจและอาหารไม่ได้หยุดลงแม้แต่วินาทีเดียว นี่คือการสังเคราะห์ด้วยแสง ใบไม้มีสีเขียวเนื่องจากมีคลอโรฟิลล์อยู่ในเซลล์ ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีในส่วนสีแดงม่วงของสเปกตรัมและคลื่นที่มีความถี่สอดคล้องกับส่วนสีเขียวของสเปกตรัมจะสะท้อนออกมาดังนั้นใบจึงมีสีเขียว

โมเลกุลคลอโรฟิลล์ "รับผิดชอบ" ต่อกระบวนการพิเศษในการแปลงพลังงานแสงให้เป็นพลังงานของสารอินทรีย์ มันเริ่มต้นด้วยการดูดซับควอนตัมแสงโดยโมเลกุลคลอโรฟิลล์ การดูดกลืนแสงควอนตัมทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีของการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งรวมถึงหลายหน่วย

ตลอดทั้งวัน โมเลกุลคลอโรฟิลล์ "ยุ่ง" กับความจริงที่ว่าเมื่อได้รับควอนตัม พวกมันจะใช้พลังงานของมัน แปลงเป็นพลังงานศักย์ของอิเล็กตรอน การกระทำของพวกเขาสามารถเปรียบเทียบได้กับการกระทำของกลไกที่ยกลูกบอลขึ้นบันได เมื่อกลิ้งไปตามขั้นบันไดลูกบอลจะสูญเสียพลังงาน แต่จะไม่หายไป แต่กลายเป็นพลังงานภายในของสารที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ “ทำงาน” เฉพาะในช่วงเวลากลางวันเท่านั้น เมื่อแสงที่มองเห็นกระทบกับพวกมัน ในเวลากลางคืนพวกเขา "พักผ่อน" แม้ว่าจะไม่มีการขาดแคลนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า: โลกและพืชปล่อยแสงอินฟราเรด แต่พลังงานของควอนต้าในช่วงนี้น้อยกว่าที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง ในกระบวนการวิวัฒนาการ พืชได้ปรับตัวเพื่อสะสมพลังงานจากแหล่งพลังงานที่ทรงพลังที่สุดในโลก - ดวงอาทิตย์

พันธุกรรม(นักเรียนตอบคำถามข้อ 1–3 จากภาคผนวก 3 การ์ด “พันธุกรรม”- ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตถูกเข้ารหัสในโมเลกุล DNA และถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่นในรูปแบบเมทริกซ์ ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ได้อย่างไร? กระบวนการกลายพันธุ์เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีชนิดใด?

เพื่อทำให้เกิดการกลายพันธุ์เพียงครั้งเดียว จำเป็นต้องให้พลังงานแก่โมเลกุล DNA ที่เพียงพอต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของยีน DNA บางส่วน เป็นที่ทราบกันว่า γ-ควอนต้าและรังสีเอกซ์ ตามที่นักชีววิทยากล่าวไว้ มีฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์สูง– ควอนตัมนำพลังงานเพียงพอที่จะเปลี่ยนโครงสร้างของส่วนของ DNA เห็นได้ชัดว่ารังสีอินฟราเรดไม่สามารถกระทำการดังกล่าวได้ ดังนั้น ความถี่ของรังสีจึงต่ำเกินไป บัดนี้ หากพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดกลืนไม่เป็นส่วนๆ แต่ดูดกลืนอย่างต่อเนื่อง การแผ่รังสีเหล่านี้ก็จะส่งผลต่อ DNA ได้ เพราะเมื่อสัมพันธ์กับเซลล์สืบพันธุ์ของมันแล้ว สิ่งมีชีวิตเองก็เป็นแหล่งที่ใกล้เคียงที่สุดและทรงพลังที่สุด และปฏิบัติการอยู่ตลอดเวลาของ รังสี

เมื่อต้นทศวรรษที่ 30 ศตวรรษที่ XX ต้องขอบคุณความสำเร็จของกลศาสตร์ควอนตัม นักฟิสิกส์จึงรู้สึกถึงพลังที่ทำให้พวกเขากลายเป็นสิ่งมีชีวิตได้ มีความคล้ายคลึงกันหลายประการในด้านพันธุกรรม นักชีววิทยาได้ค้นพบอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ซึ่งเป็นยีนที่สามารถเคลื่อนที่จากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งได้ การเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของยีนเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมซึ่งทำให้เกิดการกลายพันธุ์และสิ่งนี้สามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของแนวคิดควอนตัม หนึ่งในผู้ก่อตั้งชีววิทยาระดับโมเลกุลซึ่งได้รับรางวัลโนเบลจากการวิจัยในด้านกระบวนการกลายพันธุ์ในแบคทีเรียและแบคทีเรียวิทยาคือ M. Delbrück นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวเยอรมัน ในปี 1944 หนังสือขนาดสั้นของนักฟิสิกส์ อี. ชโรดิงเงอร์ ได้รับการตีพิมพ์ เรื่อง "ชีวิตคืออะไร" เป็นการนำเสนอที่ชัดเจนและรัดกุมเกี่ยวกับพื้นฐานของพันธุศาสตร์ และเผยให้เห็นความเชื่อมโยงระหว่างพันธุศาสตร์และกลศาสตร์ควอนตัม หนังสือเล่มนี้เป็นแรงผลักดันให้เกิดการโจมตียีนของนักฟิสิกส์ ต้องขอบคุณผลงานของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เจ. วัตสัน, เอฟ. คริก, เอ็ม. วิลกินส์ นักชีววิทยาได้เรียนรู้ว่า DNA ซึ่งเป็นโมเลกุล "ที่มีชีวิต" ขั้นพื้นฐานที่สุดมี "โครงสร้าง" อย่างไร การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ทำให้สามารถมองเห็นได้

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ครู.ฉันกลับมาที่คำถาม: แสงคืออะไร? - คำตอบของนักเรียน) ปรากฎว่าฟิสิกส์กลับคืนสู่อนุภาคของแสงของนิวตัน - คลังข้อมูล - ปฏิเสธความคิดเรื่องแสงเหมือนคลื่น? เลขที่! เป็นไปไม่ได้ที่จะข้ามมรดกทั้งหมดของทฤษฎีคลื่นแสงออกไป! ท้ายที่สุดแล้ว การเลี้ยวเบน การรบกวน และปรากฏการณ์อื่นๆ เป็นที่ทราบกันมานานแล้ว ซึ่งการทดลองยืนยันได้ว่าแสงคือคลื่น ฉันควรทำอย่างไรดี? - สมมติฐานของนักเรียน)

เหลือเพียงสิ่งเดียวเท่านั้น: รวมคลื่นเข้ากับอนุภาค รับรู้ว่ามีปรากฏการณ์วงกลมหนึ่งที่แสงแสดงคุณสมบัติของคลื่น และมีอีกวงกลมหนึ่งที่แก่นแท้ของแสงมาที่ร่างกายก่อน กล่าวอีกนัยหนึ่ง – เขียนมันลงไป! – มีแสง ความเป็นคู่ของคลื่นควอนตัม- นี่คือธรรมชาติของแสงที่เป็นคู่ เป็นเรื่องยากมากสำหรับนักฟิสิกส์ที่จะรวมความคิดสองอย่างที่เข้ากันไม่ได้มาจนบัดนี้ให้เป็นหนึ่งเดียว อนุภาคคือสิ่งที่เป็นของแข็ง ไม่เปลี่ยนแปลง มีขนาดที่แน่นอน และมีพื้นที่จำกัด คลื่นคือสิ่งที่ลื่นไหล ไม่คงที่ ไร้ขอบเขตที่ชัดเจน ไม่มากก็น้อยที่ชัดเจน แนวคิดเหล่านี้เชื่อมโยงกันโดยใช้แนวคิดของแพ็กเก็ตคลื่น นี่เป็นสิ่งที่คล้ายกับคลื่น "ตัด" ที่ปลายทั้งสองข้าง หรือค่อนข้างจะเป็นคลื่นจำนวนมากที่เดินทางผ่านอวกาศโดยรวม ลิ่มเลือดสามารถหดตัวหรือยืดออกได้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่มันเข้าไป มันมีลักษณะคล้ายกับสปริงบิน

ลักษณะเฉพาะของแพ็กเก็ตคลื่นจะเปลี่ยนไปเมื่อแสงผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง? - คำตอบของนักเรียน)

ในปี 1927 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ลูอิส เสนอให้เรียกแพ็กเก็ตคลื่นนี้ โฟตอน(จากภาษากรีก φωτóς [ฟอส, ภาพถ่าย] – - โฟตอนคืออะไร? - นักเรียนทำงานกับตำราเรียนและสรุปผล)

ข้อสรุปโฟตอนคือ: ควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่มีโฟตอนที่อยู่นิ่ง อนุภาคเคลื่อนที่ในสุญญากาศด้วยความเร็วแสง ค= 3 · 10 8 m/s เป็นจำนวนเต็มและแบ่งแยกไม่ได้ การมีอยู่ของเศษส่วนของโฟตอนเป็นไปไม่ได้ อี = ชมν ที่ไหน ชม.= 6.63 · 10 -34 เจ·วินาที; ν คือความถี่ของแสง อนุภาคที่มีโมเมนตัมเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

โลกมีโครงสร้างในลักษณะที่แสงมักจะแสดงให้เราเห็นธรรมชาติของคลื่น จนกว่าเราจะพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของมันกับสสาร และสสารปรากฏต่อหน้าเราในรูปแบบร่างกาย จนกระทั่งเราเริ่มพิจารณาธรรมชาติของพันธะระหว่างอะตอม กระบวนการถ่ายโอน ความต้านทานไฟฟ้า ฯลฯ แต่ไม่ว่าเราจะอยู่ในตำแหน่งใดในแต่ละช่วงเวลา อนุภาคขนาดเล็กก็มีคุณสมบัติทั้งสองอย่าง

กระบวนการสร้างทฤษฎีควอนตัม และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทฤษฎีควอนตัมของแสงนั้นเป็นวิภาษวิธีอย่างลึกซึ้ง แนวคิดและภาพของกลศาสตร์และทัศนศาสตร์แบบคลาสสิกแบบเก่า อุดมด้วยแนวคิดใหม่ๆ นำมาประยุกต์ใช้กับความเป็นจริงทางกายภาพอย่างสร้างสรรค์ ในที่สุดก็ได้ก่อให้เกิดทฤษฎีทางกายภาพที่เป็นพื้นฐานใหม่ขึ้นมา

ออกกำลังกาย: อ่านกฎปรัชญาแห่งเอกภาพและการดิ้นรนของสิ่งตรงกันข้าม และสรุปเกี่ยวกับทฤษฎีแสงสองทฤษฎี: ทฤษฎีคลื่นและทฤษฎีควอนตัมของแสง

8. ครู.ในปีพ. ศ. 2467 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Louis de Broglie (อดีตผู้ดำเนินการวิทยุโทรเลขทางทหาร) แสดงความขัดแย้งอย่างสิ้นเชิงแม้แต่กับนักฟิสิกส์ที่กล้าหาญในยุคนั้นก็คิดเกี่ยวกับธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของอนุภาคอะตอม De Broglie เสนอว่าโดยหลักการแล้วคุณสมบัติของอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นๆ ไม่แตกต่างจากคุณสมบัติของควอนตัม! ต่อมาอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นๆ ควรแสดงคุณสมบัติของคลื่นด้วย เช่น ควรสังเกตการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน และมันถูกค้นพบในการทดลองจริง ๆ ว่าในปี 1927 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน K.-J. Davisson และ L. Germer นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Tartakovsky และนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ J.-P. ทอมสัน. ความยาวคลื่น de Broglie คำนวณโดยใช้สูตร:

เรามาแก้ปัญหาเพื่อคำนวณความยาวคลื่นเดอบรอกลีกันดีกว่า (ภาคผนวก 4)

จากการคำนวณแสดงให้เห็นว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ภายในอะตอมด้วยความเร็ว 0.01 กับ, หักเหบนโครงผลึกไอออนิกเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่น ~10 -10 เมตร และความยาวคลื่นของกระสุนที่บินด้วยความเร็วประมาณ 500 เมตร/วินาที มีค่าประมาณ 10 -34 เมตร ซึ่งความยาวคลื่นเล็กน้อยดังกล่าวไม่สามารถบันทึกได้ แต่อย่างใด ดังนั้นกระสุนจึงมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาคจริง

การต่อสู้ระหว่างแนวคิดเรื่องความไม่ต่อเนื่องและความต่อเนื่องของสสารซึ่งยืดเยื้อตั้งแต่เริ่มต้นของวิทยาศาสตร์จบลงด้วยการรวมแนวคิดทั้งสองเข้าด้วยกันในแนวคิดเรื่องคุณสมบัติคู่ของอนุภาคมูลฐาน การใช้คุณสมบัติคลื่นของอิเล็กตรอนทำให้สามารถเพิ่มความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ได้อย่างมาก ความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับความเร็ว และขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่เร่งอิเล็กตรอน (ดูปัญหาที่ 5 ในภาคผนวก 4) ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่วนใหญ่ ความยาวคลื่นเดอ บรอกลีจะน้อยกว่าความยาวคลื่นแสงหลายร้อยเท่า มันเป็นไปได้ที่จะมองเห็นวัตถุที่มีขนาดเล็กลง จนถึงโมเลกุลเดี่ยวๆ

กลศาสตร์คลื่นถือกำเนิดขึ้น ซึ่งเป็นพื้นฐานของสิ่งก่อสร้างอันยิ่งใหญ่ของฟิสิกส์ควอนตัม De Broglie วางรากฐานสำหรับทฤษฎีการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง ให้กำเนิดสูตรใหม่ของพลังค์ และสร้างความสัมพันธ์เชิงลึกระหว่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคและคลื่นที่เกี่ยวข้องกับพวกมัน

เมื่อศึกษาทฤษฎีใดๆ เรามักจะสังเกตถึงขีดจำกัดของการบังคับใช้ทฤษฎีนี้อยู่เสมอ ยังไม่มีการกำหนดขีดจำกัดของการบังคับใช้ทฤษฎีควอนตัม แต่ควรใช้กฎหมายเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กในพื้นที่เล็ก ๆ และที่ความถี่สูงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อเครื่องมือวัดทำให้สามารถลงทะเบียนควอนตัมแต่ละรายการ (พลังงาน ~10 -16 เจ) ดังนั้น เพื่ออธิบายอันตรกิริยาของสสารและการแผ่รังสีเอกซ์ ซึ่งเป็นพลังงานของควอนตัมซึ่งมีขนาดมากกว่าขีดจำกัดที่กำหนดไว้ข้างต้น 2 เท่า จึงจำเป็นต้องใช้กฎของฟิสิกส์ควอนตัม และเพื่ออธิบายคุณสมบัติของ คลื่นวิทยุ กฎของพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิกก็เพียงพอแล้ว ควรจำไว้ว่า "พื้นที่ทดสอบ" หลักสำหรับทฤษฎีควอนตัมคือฟิสิกส์ของอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม

เมื่อจบบทเรียนของวันนี้ ผมถามคุณอีกครั้งว่า แสงคืออะไร? - คำตอบของนักเรียน)

วรรณกรรม

1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. ฟิสิกส์. เกรด 11: ทางการศึกษา สำหรับสถาบันการศึกษาทั่วไป: ขั้นพื้นฐานและวิชาชีพ ระดับ อ.: การศึกษา, 2552.
2. สารานุกรมวิดีโอเพื่อการศึกษาสาธารณะ เลนนอชฟิล์ม. สตูดิโอวิดีโอ "Kvart" [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] เทปหมายเลข 2 “การแผ่รังสีความร้อน”
3. โทมิลิน เอ.เอ็น. ในการค้นหาต้นกำเนิด: วิทยาศาสตร์ป๊อป ฉบับ ล.: เดช. วรรณคดี พ.ศ. 2533
4. กลศาสตร์ควอนตัม ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม // สารานุกรม สล. นักฟิสิกส์หนุ่ม / คอมพ์ วีเอ ชูยานอฟ. อ.: การสอน, 2527.
5. Koltun M. โลกแห่งฟิสิกส์. ม.: เดช. วรรณคดี พ.ศ. 2527
6. โซโลปอฟ อี.เอฟ. ปรัชญา: หนังสือเรียน. ความช่วยเหลือสำหรับนักเรียน สูงกว่า หนังสือเรียน สถานประกอบการ อ.: วลาดอส, 2546.
7. อิลเชนโก้ วี.อาร์. ทางแยกของฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา: หนังสือ สำหรับนักเรียน อ.: การศึกษา, 2529.
8. แคทซ์ ที.บี. ชีวฟิสิกส์ในบทเรียนฟิสิกส์: หนังสือ สำหรับครู อ.: การศึกษา, 2531.

เอเลนา สเตปานอฟนา อูวิตสกายา– ครูฟิสิกส์ประเภทคุณวุฒิสูงสุด สำเร็จการศึกษาจากสถาบันการสอนแห่งรัฐ Tula ซึ่งตั้งชื่อตาม แอล.เอ็น. ตอลสตอยในปี 1977 และได้รับมอบหมายให้ดูแลเทือกเขาอูราลที่เมืองอุตสาหกรรมเล็กๆ ชื่อลีสวา ซึ่งเธอยังคงทำงานอยู่ ผู้ปฏิบัติงานกิตติมศักดิ์ด้านการศึกษาทั่วไปของสหพันธรัฐรัสเซียผู้ชนะการแข่งขัน All-Russian สำหรับครูฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ (มูลนิธิราชวงศ์) ผู้สำเร็จการศึกษาประสบความสำเร็จในการผ่านการสอบ Unified State เป็นเวลาหลายปีและเข้ามหาวิทยาลัยในมอสโก เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เยคาเตรินเบิร์ก และระดับการใช้งาน ครั้งหนึ่งหลังจากอ่านเกี่ยวกับ Emerald Tablet ฉันรู้สึกทึ่งกับความเกี่ยวข้องในปัจจุบันของแนวคิดของ Hermes ในตำนาน: ทุกสิ่งวัตถุกระบวนการในจักรวาลของเรามีคุณสมบัติของกันและกันและเป็นหนึ่งเดียว ตั้งแต่นั้นมา เขาให้ความสนใจอย่างมากกับความเชื่อมโยงและการเปรียบเทียบแบบสหวิทยาการ: ฟิสิกส์และชีววิทยา ฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์และวรรณกรรม และในปัจจุบันคือฟิสิกส์และภาษาอังกฤษ เขาทำงานด้านวิทยาศาสตร์ร่วมกับนักเรียน โดยเฉพาะในโรงเรียนประถมศึกษา ไฟฟ้าอาศัยอยู่ที่ไหน? ทำไมน้ำธรรมดาถึงไม่ธรรมดา? โลกลึกลับแห่งดวงดาวเป็นอย่างไร? ครอบครัวนี้มีลูกชายสองคน ทั้งคู่สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐเพิร์ม รุ่นน้องเป็นวิศวกร รุ่นพี่เป็นครูสอนคาราเต้-โด มีสายดำ แดนรอง แชมป์หลายรายการของรัสเซีย มีส่วนร่วมในการแข่งขันชิงแชมป์โลกที่ญี่ปุ่น ความสำเร็จของครูคงเป็นไปไม่ได้หากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากสามีซึ่งเป็นวิศวกรไฟฟ้าด้วยการฝึกอบรม การพัฒนาและดำเนินการทดลอง การสร้างอุปกรณ์ใหม่ๆ และการสนับสนุนและคำแนะนำที่ช่วยในสถานการณ์ต่างๆ ในชีวิต

แอปพลิเคชันทั้งหมดได้รับใน. - เอ็ด

บทบาทของทฤษฎีของแม็กซ์เวลล์แสดงออกมาได้ดีที่สุดโดยนักฟิสิกส์ชื่อดัง Robert Feynman: "ในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ (ถ้าเราดูเช่น 10,000 ปีต่อจากนี้) เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 19 จะเป็นการค้นพบของ Maxwell อย่างไม่ต้องสงสัย กฎของไฟฟ้าพลศาสตร์ ท่ามกลางการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญนี้ สงครามกลางเมืองอเมริกาในทศวรรษเดียวกันจะดูเหมือนเป็นเหตุการณ์เล็กๆ น้อยๆ ในระดับจังหวัด”

พลังค์ลังเลอยู่นานว่าจะเลือกมนุษยศาสตร์หรือฟิสิกส์ ผลงานทั้งหมดของพลังค์โดดเด่นด้วยความสง่างามและความงดงาม ก. ไอน์สไตน์เขียนเกี่ยวกับผลงานเหล่านี้: “เมื่อศึกษาผลงานของเขา เราจะรู้สึกว่าข้อกำหนดด้านศิลปะเป็นหนึ่งในต้นตอหลักของความคิดสร้างสรรค์ของเขา”

ในปี 1935 เมื่อกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ยังเด็กมาก มัตเว บรอนสไตน์ นักฟิสิกส์ชาวโซเวียตผู้มีชื่อเสียงไม่โด่งดังในวัย 28 ปี ได้ทำการศึกษารายละเอียดเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการกระทบยอดของทฤษฎีทั้งสองนี้ในทฤษฎีควอนตัมของ แรงโน้มถ่วง. “อาจเป็นทฤษฎีของโลกทั้งใบ” ตามที่บรอนสไตน์เขียนไว้ อาจแทนที่คำอธิบายแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิกของไอน์สไตน์ ซึ่งมองว่าเป็นเส้นโค้งในความต่อเนื่องของกาล-อวกาศ และเขียนใหม่ในภาษาควอนตัม เช่นเดียวกับฟิสิกส์ส่วนที่เหลือ

บรอนสไตน์ค้นพบวิธีอธิบายแรงโน้มถ่วงในรูปของอนุภาคเชิงปริมาณ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่ากราวิตอน แต่เมื่อแรงโน้มถ่วงอ่อนลงเท่านั้น (ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป) เมื่อกาลอวกาศโค้งเล็กน้อยจนแบนราบ เมื่อแรงโน้มถ่วงมีความเข้มข้น “สถานการณ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง” นักวิทยาศาสตร์เขียน “หากไม่มีการแก้ไขแนวคิดคลาสสิกอย่างลึกซึ้ง แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจินตนาการถึงทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมในพื้นที่นี้”

คำพูดของเขาเป็นคำทำนาย แปดสิบสามปีต่อมา นักฟิสิกส์ยังคงพยายามทำความเข้าใจว่าความโค้งของกาลอวกาศแสดงออกมาอย่างไรในระดับมหภาค ซึ่งเกิดขึ้นจากภาพแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่เป็นพื้นฐานและสันนิษฐานได้ นี่อาจเป็นคำถามที่ลึกที่สุดในวิชาฟิสิกส์ บางที หากมีโอกาส จิตใจที่สดใสของ Bronstein อาจเร่งกระบวนการค้นหานี้ให้เร็วขึ้น นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วงของควอนตัมแล้ว เขายังมีส่วนร่วมในดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยา ทฤษฎีเซมิคอนดักเตอร์ พลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม และเขียนหนังสือสำหรับเด็กหลายเล่ม ในปี 1938 เขาตกอยู่ใต้การกดขี่ของสตาลิน และถูกประหารชีวิตเมื่ออายุ 31 ปี

การค้นหาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่สมบูรณ์มีความซับซ้อนเนื่องจากคุณสมบัติควอนตัมของแรงโน้มถ่วงไม่เคยปรากฏให้เห็นในประสบการณ์จริง นักฟิสิกส์ไม่เห็นว่าคำอธิบายของไอน์สไตน์เกี่ยวกับความต่อเนื่องของกาล-อวกาศที่ราบรื่น หรือการประมาณควอนตัมของบรอนสไตน์ในสภาวะโค้งเล็กน้อย ถูกละเมิดอย่างไร

ปัญหาคือจุดอ่อนสุดขีดของแรงโน้มถ่วง แม้ว่าอนุภาคเชิงปริมาณที่ส่งแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรง อ่อน และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะแรงมากจนจับสสารอย่างแน่นหนาเป็นอะตอม และสามารถตรวจสอบได้อย่างแท้จริงด้วยแว่นขยาย แต่กราวิตอนแต่ละตัวนั้นอ่อนแอมากจนห้องปฏิบัติการไม่มีโอกาสที่จะตรวจจับพวกมันได้ เพื่อให้มีโอกาสสูงที่จะจับกราวิตอน เครื่องตรวจจับอนุภาคจะต้องมีขนาดใหญ่และใหญ่มากจนยุบตัวเป็นหลุมดำ จุดอ่อนนี้อธิบายว่าทำไมจึงต้องมีการสะสมมวลทางดาราศาสตร์เพื่อมีอิทธิพลต่อวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ ผ่านแรงโน้มถ่วง และเหตุใดเราจึงเห็นผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงในระดับมหาศาล

นั่นไม่ใช่ทั้งหมด. จักรวาลดูเหมือนจะอยู่ภายใต้การเซ็นเซอร์จักรวาลบางประเภท: บริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงสูง - ซึ่งเส้นโค้งกาลอวกาศนั้นคมมากจนสมการของไอน์สไตน์พังทลายลงและต้องเปิดเผยธรรมชาติควอนตัมของแรงโน้มถ่วงและกาลอวกาศ - มักจะซ่อนตัวอยู่หลังขอบฟ้าของหลุมดำเสมอ

“เมื่อไม่กี่ปีก่อน มีความเห็นพ้องต้องกันโดยทั่วไปว่าเป็นไปไม่ได้เลยที่จะวัดปริมาณของสนามโน้มถ่วงไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม” Igor Pikovsky นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว

ขณะนี้ เอกสารล่าสุดหลายฉบับที่ตีพิมพ์ใน Physical Review Letters ได้เปลี่ยนแปลงสิ่งนั้นไปแล้ว เอกสารเหล่านี้อ้างว่าอาจเป็นไปได้ที่จะไปถึงแรงโน้มถ่วงควอนตัม แม้ว่าจะไม่รู้อะไรเลยก็ตาม บทความที่เขียนโดย Sugato Bose จาก University College London และ Chiara Marletto และ Vlatko Vedral จาก University of Oxford เสนอการทดลองที่ท้าทายทางเทคนิคแต่เป็นไปได้ ซึ่งสามารถยืนยันได้ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นพลังควอนตัมเหมือนกับคนอื่นๆ โดยไม่จำเป็นต้องตรวจจับ Graviton . Miles Blencowe นักฟิสิกส์ควอนตัมจากวิทยาลัย Dartmouth ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้ กล่าวว่าการทดลองดังกล่าวอาจเผยให้เห็นลายเซ็นที่ชัดเจนของแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่มองไม่เห็น นั่นคือ "รอยยิ้มของแมวเชสเชียร์"

การทดลองที่นำเสนอจะพิจารณาว่าวัตถุสองชิ้น - กลุ่มของ Bose วางแผนที่จะใช้เพชรขนาดเล็กหนึ่งคู่ - สามารถกลายเป็นควอนตัมที่พันกันด้วยกลไกผ่านแรงดึงดูดระหว่างกันได้หรือไม่ ความพัวพันเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมที่อนุภาคพันกันอย่างแยกไม่ออก โดยมีคำอธิบายทางกายภาพเดียวที่กำหนดสถานะที่เป็นไปได้ของการรวมกัน (การอยู่ร่วมกันของสถานะที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกันเรียกว่า "การซ้อน" และกำหนดระบบควอนตัม) ตัวอย่างเช่น อนุภาคที่พันกันคู่หนึ่งอาจมีอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับ โดยที่อนุภาค A มีความน่าจะเป็น 50% ที่จะหมุนจากล่างขึ้นบน และอนุภาค B จะหมุนจากบนลงล่าง และมีความน่าจะเป็น 50% ในทางกลับกัน ไม่มีใครรู้ล่วงหน้าว่าคุณจะได้ผลลัพธ์อะไรเมื่อวัดทิศทางการหมุนของอนุภาค แต่คุณมั่นใจได้เลยว่ามันจะเหมือนกันสำหรับพวกมัน

ผู้เขียนยืนยันว่าวัตถุทั้งสองในการทดลองที่เสนอสามารถพันกันด้วยวิธีนี้ได้ก็ต่อเมื่อแรงที่กระทำระหว่างวัตถุเหล่านั้น ซึ่งในกรณีนี้คือแรงโน้มถ่วง เป็นปฏิกิริยาระหว่างควอนตัมที่อาศัยแรงโน้มถ่วงเป็นสื่อกลาง ซึ่งสามารถรองรับการซ้อนทับของควอนตัมได้ “หากทำการทดลองและเกิดการพัวพัน จากงานดังกล่าว เราสามารถสรุปได้ว่าแรงโน้มถ่วงนั้นถูกหาปริมาณ” เบลนโคว์อธิบาย

ทำให้เพชรสับสน

แรงโน้มถ่วงควอนตัมนั้นบอบบางมากจนนักวิทยาศาสตร์บางคนสงสัยว่ามันมีอยู่จริง ฟรีแมน ไดสัน นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชื่อดัง วัย 94 ปี โต้แย้งมาตั้งแต่ปี 2544 ว่าจักรวาลสามารถรองรับคำอธิบายแบบ "ทวินิยม" ซึ่ง "สนามโน้มถ่วงที่บรรยายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์จะเป็นสนามคลาสสิกล้วนๆ โดยไม่มีพฤติกรรมควอนตัมใดๆ" ในขณะที่สสารทั้งหมดในความต่อเนื่องของกาล-อวกาศที่ราบรื่นนี้จะถูกวัดปริมาณด้วยอนุภาคที่เป็นไปตามกฎความน่าจะเป็น

Dyson ผู้ช่วยพัฒนาไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม (ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารและแสง) และเป็นศาสตราจารย์กิตติคุณที่สถาบันการศึกษาขั้นสูงในเมืองพรินซ์ตัน รัฐนิวเจอร์ซีย์ ไม่เชื่อว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัมเป็นสิ่งจำเป็นในการอธิบายการตกแต่งภายในของหลุมดำที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ . และเขายังเชื่อด้วยว่าการตรวจจับแรงโน้มถ่วงสมมุติอาจเป็นไปไม่ได้ในหลักการ ในกรณีนั้น เขากล่าวว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัมจะเป็นอภิปรัชญา ไม่ใช่ทางกายภาพ

เขาไม่ใช่คนเดียวที่ขี้ระแวง นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อดัง Sir Roger Penrose และนักวิทยาศาสตร์ชาวฮังการี Lajos Diosi เสนออย่างอิสระว่ากาลอวกาศไม่สามารถรองรับการซ้อนทับได้ พวกเขาเชื่อว่าธรรมชาติดั้งเดิมที่ราบรื่น แข็งกระด้างของมันป้องกันไม่ให้โค้งงอเป็นสองเส้นทางที่เป็นไปได้ในคราวเดียว และความแข็งแกร่งนี้เองที่นำไปสู่การล่มสลายของการซ้อนทับของระบบควอนตัม เช่น อิเล็กตรอนและโฟตอน “การลดความสอดคล้องของแรงโน้มถ่วง” ในความเห็นของพวกเขา ทำให้เกิดความเป็นจริงคลาสสิกเดี่ยวๆ ที่มั่นคงและคลาสสิกเกิดขึ้นซึ่งสามารถรู้สึกได้ในระดับมหภาค

ความสามารถในการค้นหา "รอยยิ้ม" ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมดูเหมือนจะหักล้างข้อโต้แย้งของ Dyson นอกจากนี้ยังทำลายทฤษฎีการลดความโน้มถ่วงด้วยการแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงและกาลอวกาศสนับสนุนการซ้อนทับของควอนตัมจริงๆ

ข้อเสนอของ Bose และ Marletto ปรากฏขึ้นพร้อมๆ กันและโดยบังเอิญ แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญจะสังเกตเห็นว่าข้อเสนอเหล่านี้สะท้อนถึงจิตวิญญาณแห่งกาลเวลาก็ตาม ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ควอนตัมเชิงทดลองทั่วโลกกำลังวางวัตถุขนาดเล็กที่มีขนาดจุลทรรศน์ขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ลงในตำแหน่งซ้อนทับของควอนตัม และเพิ่มประสิทธิภาพโปรโตคอลสำหรับการทดสอบการพัวพันของระบบควอนตัมสองระบบ การทดลองที่นำเสนอจะต้องรวมขั้นตอนเหล่านี้เข้าด้วยกัน ในขณะที่ต้องมีการปรับปรุงขนาดและความไวเพิ่มเติม บางทีอาจจะต้องใช้เวลาสิบปี “แต่ไม่มีทางตันทางกายภาพ” พิคอฟสกี้ ผู้ซึ่งกำลังสำรวจว่าการทดลองในห้องปฏิบัติการสามารถตรวจสอบปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงได้อย่างไร “ฉันคิดว่ามันยาก แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้”

แผนนี้มีรายละเอียดเพิ่มเติมในงานของ Bose และคณะ - ผู้เชี่ยวชาญ 11 คนของ Ocean สำหรับขั้นตอนต่างๆ ของข้อเสนอ ตัวอย่างเช่น ในห้องทดลองของเขาที่มหาวิทยาลัย Warwick ผู้ร่วมเขียน Gavin Morley กำลังทำงานในขั้นตอนแรก โดยพยายามใส่เพชรขนาดเล็กลงในตำแหน่งซ้อนทับของควอนตัมในสองแห่ง ในการทำเช่นนี้ เขาจะจำกัดอะตอมไนโตรเจนไว้ในไมโครไดมอนด์ ถัดจากตำแหน่งที่ว่างในโครงสร้างเพชร (ที่เรียกว่าศูนย์กลาง NV หรือตำแหน่งว่างที่แทนที่ไนโตรเจนในเพชร) และชาร์จด้วยพัลส์ไมโครเวฟ อิเล็กตรอนที่หมุนรอบศูนย์กลาง NV พร้อมๆ กันจะดูดซับแสง แต่ดูดซับแสงไม่ได้ และระบบจะเข้าสู่ตำแหน่งซ้อนทับของควอนตัมของทิศทางการหมุนสองทิศทาง ขึ้นและลง เหมือนด้านบนที่หมุนตามเข็มนาฬิกาด้วยความน่าจะเป็นที่แน่นอน และทวนเข็มนาฬิกาด้วยความน่าจะเป็นที่แน่นอน ไมโครไดมอนด์ที่โหลดด้วยการหมุนแบบซ้อนทับนี้อยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กที่ทำให้การหมุนด้านบนเลื่อนไปทางซ้าย และการหมุนด้านล่างเลื่อนไปทางขวา ตัวเพชรเองก็แยกออกเป็นสองวิถีซ้อนทับกัน

ในการทดลองเต็มรูปแบบ นักวิทยาศาสตร์จะทำทั้งหมดนี้ด้วยเพชรสองเม็ด เช่น สีแดงและสีน้ำเงิน วางเรียงกันในสุญญากาศที่เย็นจัด เมื่อปิดกับดักที่ยึดไว้ ไมโครไดมอนด์ทั้งสองอันซึ่งแต่ละอันวางซ้อนกันสองตำแหน่งจะตกลงในแนวตั้งในสุญญากาศ เมื่อเพชรร่วงลงมา พวกเขาจะรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงของเพชรแต่ละเม็ด แรงดึงโน้มถ่วงของพวกมันจะแรงแค่ไหน?

ถ้าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงควอนตัม คำตอบก็คือ ขึ้นอยู่กับว่า แต่ละองค์ประกอบของการซ้อนทับของเพชรสีน้ำเงินจะได้รับแรงดึงดูดที่แรงกว่าหรืออ่อนกว่าต่อเพชรสีแดง ขึ้นอยู่กับว่าองค์ประกอบหลังนั้นอยู่ในกิ่งก้านของการซ้อนทับที่อยู่ใกล้หรือไกลออกไป และแรงโน้มถ่วงที่แต่ละองค์ประกอบของการซ้อนทับของเพชรสีแดงจะรู้สึกนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของเพชรสีน้ำเงินในลักษณะเดียวกัน

ในแต่ละกรณี ระดับแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อส่วนประกอบที่เปลี่ยนแปลงไปของการซ้อนทับของเพชร เพชรทั้งสองจะพึ่งพาซึ่งกันและกันเพราะสถานะของพวกมันสามารถกำหนดร่วมกันได้เท่านั้น หากนั่นหมายความว่า ดังนั้นในที่สุดทิศทางการหมุนของทั้งสองระบบของศูนย์กลาง NV ก็จะมีความสัมพันธ์กัน

หลังจากที่เพชรขนาดเล็กตกลงเคียงข้างกันเป็นเวลาสามวินาที ซึ่งนานพอที่จะเข้าไปพัวพันกับแรงโน้มถ่วง พวกมันก็จะผ่านสนามแม่เหล็กอีกสนามหนึ่ง ซึ่งจะนำกิ่งก้านของแต่ละตำแหน่งที่ทับซ้อนกันกลับมารวมกัน ขั้นตอนสุดท้ายของการทดลองคือเกณฑ์วิธีพยานในการพัวพันซึ่งพัฒนาโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก บาร์บารา เธราล และคนอื่นๆ โดยเพชรสีน้ำเงินและสีแดงจะเข้าสู่อุปกรณ์ต่างๆ เพื่อวัดทิศทางการหมุนของระบบศูนย์กลาง NV (การวัดทำให้การซ้อนทับยุบลงในบางสถานะ) จากนั้นจึงเปรียบเทียบผลลัพธ์ทั้งสอง ด้วยการทำการทดลองซ้ำแล้วซ้ำอีกและเปรียบเทียบการวัดการหมุนหลายคู่ นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้ว่าการหมุนของระบบควอนตัมทั้งสองระบบมีความสัมพันธ์กันบ่อยกว่าขีดจำกัดบนของวัตถุที่ไม่ได้พันกันด้วยกลไกของควอนตัมหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น แรงโน้มถ่วงจะเข้าไปพัวพันกับเพชรจริงๆ และอาจรองรับการซ้อนทับกัน

“สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับการทดลองนี้คือคุณไม่จำเป็นต้องรู้ว่าทฤษฎีควอนตัมคืออะไร” เบลนคาวกล่าว “สิ่งเดียวที่จำเป็นก็คือต้องบอกว่ามีแง่มุมควอนตัมอยู่บ้างในภูมิภาคนี้ซึ่งถูกแรงกลางระหว่างอนุภาคทั้งสองเป็นสื่อกลาง”

มีปัญหาทางเทคนิคมากมาย วัตถุที่ใหญ่ที่สุดที่เคยวางซ้อนทับกันสองแห่งก่อนหน้านี้คือโมเลกุลขนาด 800 อะตอม ไมโครไดมอนด์แต่ละอันมีอะตอมของคาร์บอนมากกว่า 100 พันล้านอะตอม ซึ่งเพียงพอที่จะสะสมแรงโน้มถ่วงที่เห็นได้ชัดเจน การแกะบรรจุภัณฑ์โดยธรรมชาติของกลไกควอนตัมจะต้องใช้อุณหภูมิต่ำ สุญญากาศลึก และการควบคุมที่แม่นยำ Peter Barker ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีมทดลองที่กำลังปรับแต่งการทำความเย็นด้วยเลเซอร์และเทคนิคการจับไมโครเพชรกล่าวว่า "การทำงานเป็นงานหนักมากในการเริ่มต้นการซ้อนตำแหน่งเริ่มแรก" หากสามารถทำได้ด้วยเพชรเม็ดเดียว Bose กล่าวเสริมว่า “เพชรเม็ดที่สองก็คงไม่มีปัญหา”

แรงโน้มถ่วงมีความพิเศษอย่างไร?

นักวิจัยแรงโน้มถ่วงควอนตัมไม่ต้องสงสัยเลยว่าแรงโน้มถ่วงเป็นปฏิกิริยาควอนตัมที่สามารถทำให้เกิดการพัวพันได้ แน่นอนว่าแรงโน้มถ่วงนั้นค่อนข้างพิเศษ และยังมีอะไรอีกมากมายที่ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับต้นกำเนิดของอวกาศและเวลา แต่กลศาสตร์ควอนตัมควรมีส่วนร่วมอย่างแน่นอน นักวิทยาศาสตร์กล่าว “จริงๆ แล้ว อะไรคือประเด็นของทฤษฎีที่ฟิสิกส์ส่วนใหญ่เป็นควอนตัม และแรงโน้มถ่วงเป็นแบบคลาสสิก” Daniel Harlow นักวิจัยแรงโน้มถ่วงควอนตัมจาก MIT กล่าว ข้อโต้แย้งทางทฤษฎีกับแบบจำลองควอนตัมคลาสสิกแบบผสมมีความแข็งแกร่งมาก (แม้ว่าจะไม่ได้ข้อสรุป)

ในทางกลับกัน นักทฤษฎีเคยผิดพลาดมาก่อน “ถ้าคุณสามารถตรวจสอบได้ ทำไมจะไม่ได้ล่ะ? หากสิ่งนี้ปิดบังคนเหล่านี้ที่ตั้งคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงควอนตัม นั่นคงจะดีมาก” ฮาร์โลว์กล่าว

หลังจากอ่านเอกสารดังกล่าวแล้ว Dyson เขียนว่า: “การทดลองที่เสนอนี้น่าสนใจอย่างยิ่งอย่างแน่นอน และจำเป็นต้องดำเนินการภายใต้เงื่อนไขของระบบควอนตัมจริง” อย่างไรก็ตาม เขาตั้งข้อสังเกตว่าแนวความคิดของผู้เขียนเกี่ยวกับสนามควอนตัมแตกต่างจากของเขา “ฉันไม่ชัดเจนว่าการทดลองนี้สามารถตอบคำถามเรื่องการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้หรือไม่ คำถามที่ฉันถามไม่ว่าจะสังเกตกราวิตันตัวเดียวหรือไม่นั้นเป็นคำถามที่แตกต่างและอาจมีคำตอบที่แตกต่างออกไป”

แนวความคิดของ Bose, Marletto และเพื่อนร่วมงานเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเชิงปริมาณมีต้นกำเนิดมาจากงานของ Bronstein ในช่วงต้นปี 1935 (ไดสันเรียกผลงานของบรอนสไตน์ว่า "ผลงานที่สวยงาม" ที่เขาไม่เคยเห็นมาก่อน) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บรอนสไตน์แสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงแบบอ่อนที่เกิดจากมวลต่ำสามารถประมาณได้ตามกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน (นี่คือแรงที่กระทำระหว่างการซ้อนทับของเพชรขนาดเล็ก) จากข้อมูลของเบลนคาว การคำนวณแรงโน้มถ่วงเชิงปริมาณแบบอ่อนไม่ได้ถูกดำเนินการเป็นพิเศษ แม้ว่าพวกมันจะมีความเกี่ยวข้องมากกว่าฟิสิกส์ของหลุมดำหรือบิกแบงก็ตาม เขาหวังว่าข้อเสนอการทดลองใหม่จะกระตุ้นให้นักทฤษฎีแสวงหาการปรับแต่งอย่างละเอียดเพื่อการประมาณค่าของนิวตัน ซึ่งการทดลองบนโต๊ะในอนาคตสามารถลองทดสอบได้

Leonard Susskind นักทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมและทฤษฎีสตริงที่มีชื่อเสียงแห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด มองเห็นคุณค่าของการทดลองที่เสนอเพราะ "ให้การสังเกตแรงโน้มถ่วงในช่วงมวลและระยะทางใหม่" แต่เขาและนักวิจัยคนอื่นๆ เน้นย้ำว่าเพชรขนาดเล็กไม่สามารถเปิดเผยอะไรเกี่ยวกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมหรือกาลอวกาศได้ เขาและเพื่อนร่วมงานต้องการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นที่ใจกลางหลุมดำและในช่วงเวลาที่เกิดบิกแบง

บางทีเบาะแสหนึ่งว่าทำไมการหาปริมาณแรงโน้มถ่วงจึงยากกว่าสิ่งอื่นใดก็คือพลังธรรมชาติอื่นๆ มีสิ่งที่เรียกว่า "ตำแหน่ง": อนุภาคควอนตัมในบริเวณหนึ่งของสนาม (เช่น โฟตอนในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) "เป็นอิสระจาก วัตถุทางกายภาพอื่นๆ ในภูมิภาคอื่นของอวกาศ" Mark van Raamsdonk นักทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมจากมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียกล่าว “แต่มีหลักฐานทางทฤษฎีมากมายที่แสดงว่าแรงโน้มถ่วงไม่ทำงานเช่นนั้น”

ในแบบจำลองแซนด์บ็อกซ์ที่ดีที่สุดของแรงโน้มถ่วงควอนตัม (ด้วยเรขาคณิตของกาล-อวกาศแบบง่าย) เป็นไปไม่ได้ที่จะสรุปได้ว่าริบบิ้นของผืนผ้ากาล-อวกาศถูกแบ่งออกเป็นชิ้นสามมิติที่เป็นอิสระกัน Van Raamsdonk กล่าว ในทางกลับกัน ทฤษฎีสมัยใหม่กลับเสนอว่าองค์ประกอบพื้นฐานของอวกาศนั้น "ถูกจัดวางในลักษณะสองมิติ" โครงสร้างแห่งกาลอวกาศอาจเป็นเหมือนโฮโลแกรมหรือวิดีโอเกม “แม้ว่าภาพจะเป็นสามมิติ แต่ข้อมูลก็ถูกจัดเก็บไว้ในชิปคอมพิวเตอร์สองมิติ” ในกรณีนี้ โลกสามมิติคงเป็นภาพลวงตาในแง่ที่ว่าส่วนต่างๆ ของมันไม่ได้เป็นอิสระจากกันมากนัก ในการเปรียบเทียบวิดีโอเกม ชิ้นส่วนเล็กๆ น้อยๆ บนชิปสองมิติสามารถเข้ารหัสฟังก์ชันทั่วโลกของจักรวาลเกมทั้งหมดได้

และความแตกต่างนี้สำคัญเมื่อคุณพยายามสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม วิธีปกติในการหาปริมาณของสิ่งใดสิ่งหนึ่งคือการระบุชิ้นส่วนที่เป็นอิสระ เช่น อนุภาค จากนั้นจึงนำกลศาสตร์ควอนตัมไปใช้กับชิ้นส่วนเหล่านั้น แต่ถ้าคุณไม่กำหนดองค์ประกอบที่ถูกต้อง คุณจะจบลงด้วยสมการที่ผิด การหาปริมาณโดยตรงของอวกาศสามมิติที่บรอนสไตน์ต้องการทำนั้นใช้ได้ในระดับหนึ่งด้วยแรงโน้มถ่วงต่ำ แต่กลายเป็นว่าไร้ประโยชน์เมื่อกาลอวกาศมีความโค้งสูง

ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าการได้เห็น "รอยยิ้ม" ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมอาจนำไปสู่แรงจูงใจในการให้เหตุผลเชิงนามธรรมประเภทนี้ ท้ายที่สุดแล้ว แม้แต่ข้อโต้แย้งทางทฤษฎีที่ดังที่สุดเกี่ยวกับการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมก็ไม่ได้รับการสนับสนุนจากข้อเท็จจริงเชิงทดลอง เมื่อ van Raamsdonk อธิบายงานวิจัยของเขาที่งานสัมนาทางวิทยาศาสตร์ เขากล่าวว่า มันมักจะเริ่มต้นด้วยเรื่องราวเกี่ยวกับวิธีการคิดแรงโน้มถ่วงด้วยกลศาสตร์ควอนตัม เนื่องจากคำอธิบายคลาสสิกของกาลอวกาศพังทลายลงด้วยหลุมดำและบิ๊กแบง

“แต่หากคุณทำการทดลองง่ายๆ นี้และแสดงให้เห็นว่าสนามโน้มถ่วงอยู่ในตำแหน่งทับซ้อน ความล้มเหลวของคำอธิบายแบบคลาสสิกก็จะชัดเจนขึ้น เพราะจะมีการทดลองที่บอกเป็นนัยว่าแรงโน้มถ่วงคือควอนตัม”

อ้างอิงจากวัสดุจากนิตยสาร Quanta

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

ทางการศึกษา: เพื่อสร้างแนวคิดเกี่ยวกับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกในนักเรียนและศึกษากฎหมายที่มันปฏิบัติตาม ทดสอบกฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้การทดลองเสมือนจริง

พัฒนาการ: พัฒนาการคิดเชิงตรรกะ

ทางการศึกษา: ส่งเสริมความเป็นกันเอง (ความสามารถในการสื่อสาร), ความสนใจ, กิจกรรม, ความรู้สึกรับผิดชอบ, ปลูกฝังความสนใจในเรื่องนั้น

ในระหว่างเรียน

I. ช่วงเวลาขององค์กร

– หัวข้อของบทเรียนวันนี้คือ “เอฟเฟกต์ภาพถ่าย”

เมื่อพิจารณาหัวข้อที่น่าสนใจนี้ เราจะศึกษาหัวข้อ "ฟิสิกส์ควอนตัม" ต่อไป เราจะพยายามค้นหาว่าแสงมีผลกระทบต่อสสารอย่างไรและผลกระทบนี้ขึ้นอยู่กับอะไร แต่ก่อนอื่น เราจะทบทวนเนื้อหาที่กล่าวถึงในบทเรียนที่แล้ว หากไม่มีสิ่งนี้ ก็จะเป็นการยากที่จะเข้าใจความซับซ้อนของเอฟเฟกต์ภาพถ่าย ในบทเรียนสุดท้าย เราดูสมมติฐานของพลังค์

ปริมาณพลังงานขั้นต่ำที่ระบบสามารถปล่อยและดูดซับคือเท่าใด (ควอนตัม)

ใครเป็นคนแรกที่แนะนำแนวคิดเรื่อง "ควอนตัมพลังงาน" สู่วิทยาศาสตร์ (เอ็ม. พลังค์)

คำอธิบายว่าการพึ่งพาการทดลองใดมีส่วนทำให้เกิดการเกิดขึ้นของฟิสิกส์ควอนตัม? (กฎการแผ่รังสีของของแข็งที่ได้รับความร้อน)

เราเห็นสีอะไรในตัวสีดำสนิท? (สีใดก็ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ)

สาม. การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีควอนตัมถือกำเนิดขึ้น - ทฤษฎีการเคลื่อนที่และปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคและระบบเบื้องต้นที่ประกอบด้วยพวกมัน

เพื่ออธิบายกฎของการแผ่รังสีความร้อน M. Planck แนะนำว่าอะตอมปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ต่อเนื่อง แต่แยกส่วน - ควอนตัม พลังงานของแต่ละส่วนนั้นถูกกำหนดโดยสูตร อี = ชม., ที่ไหน
-ค่าคงตัวของพลังค์; v คือความถี่ของคลื่นแสง

การยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีควอนตัมอีกอย่างหนึ่งก็คือคำอธิบายของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในปี 1905 ปรากฏการณ์ เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค

เอฟเฟกต์ภาพถ่าย– ปรากฏการณ์อิเล็กตรอนถูกขับออกจากสสารที่เป็นของแข็งและของเหลวภายใต้อิทธิพลของแสง

ประเภทของเอฟเฟ็กต์ภาพถ่าย:

1. เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกคือการปล่อยอิเล็กตรอนโดยสารภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ผลกระทบจากโฟโตอิเล็กทริคภายนอกพบได้ในของแข็งและในก๊าซด้วย

2. ผลกระทบโฟโตอิเล็กทริกภายในคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนภายในตัวนำหรือไดอิเล็กทริกจากสถานะที่ถูกผูกไว้เป็นสถานะอิสระโดยไม่ต้องหลบหนีออกไปข้างนอก

3. เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว - ลักษณะของภาพถ่าย - แรงเคลื่อนไฟฟ้า เมื่อส่องสว่างหน้าสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์สองตัวหรือเซมิคอนดักเตอร์และโลหะ

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2430 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน กรัม เฮิรตซ์และในปี พ.ศ. 2431-2433 ได้ทำการศึกษาเชิงทดลองโดย A.G. Stoletov การศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกที่สมบูรณ์ที่สุดดำเนินการโดย F. Lenard ในปี 1900 มาถึงตอนนี้อิเล็กตรอนได้ถูกค้นพบแล้ว (1897, เจ. ทอมสัน) และเห็นได้ชัดว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก (หรืออย่างแม่นยำกว่านั้นคือเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก) ประกอบด้วยการขับอิเล็กตรอนออกจากสสารภายใต้อิทธิพลของแสงที่ตกกระทบ

ศึกษาผลของโฟโตอิเล็กทริค

การทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคเริ่มต้นโดย Stoletov ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2431

การทดลองนี้ใช้ขวดแก้วสุญญากาศที่มีอิเล็กโทรดโลหะ 2 อิเล็กโทรด ซึ่งทำความสะอาดพื้นผิวอย่างทั่วถึงแล้ว แรงดันไฟฟ้าบางส่วนถูกจ่ายให้กับอิเล็กโทรด ยูซึ่งขั้วสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้คีย์คู่ อิเล็กโทรดตัวหนึ่ง (แคโทด K) ถูกส่องสว่างผ่านหน้าต่างควอตซ์โดยมีแสงสีเดียวที่มีความยาวคลื่นที่แน่นอน ที่ฟลักซ์การส่องสว่างคงที่ จะทำการพึ่งพาความแรงของโฟโตกระแส ฉันจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

กฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค

โฟโตกระแสความอิ่มตัวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับฟลักซ์แสงที่ตกกระทบ

พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงกับความถี่ของแสงและไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของมัน

สำหรับสารแต่ละชนิดจะมีความถี่ที่ตั้งไว้ขั้นต่ำ เรียกว่าขีดจำกัดสีแดงของเอฟเฟ็กต์โฟโตอิเล็กทริก ซึ่งต่ำกว่านี้จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเอฟเฟ็กต์โฟโตอิเล็กทริก

ตามสมมติฐานของ M. Planck คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยโฟตอนแต่ละตัวและการแผ่รังสีเกิดขึ้นไม่ต่อเนื่องในหน่วยควอนตัมหรือโฟตอน ดังนั้นการดูดกลืนแสงจะต้องเกิดขึ้นไม่ต่อเนื่อง - โฟตอนถ่ายโอนพลังงานไปยังอะตอมและโมเลกุลของสสารทั้งหมด

– สมการของไอน์สไตน์สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค

mv 2 /2 = eU 0 – ค่าสูงสุดของพลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอน

- ความถี่ต่ำสุดของแสงที่สามารถเกิดโฟโตอิเล็กทริคได้

V max = hc/ Aout – ความถี่แสงสูงสุดที่สามารถเกิดโฟโตอิเล็กทริคได้

- ขอบเอฟเฟกต์ภาพสีแดง

- โมเมนตัมโฟตอน

การสนทนาพร้อมการชี้แจงคำศัพท์และแนวคิด

ปรากฏการณ์ของสารที่ปล่อยอิเล็กตรอนออกมาภายใต้อิทธิพลของแสง เรียกว่า...

จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแสงจากพื้นผิวของสารใน 1 วินาทีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ...

พลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงกับ ... และไม่ขึ้นอยู่กับ ...

สำหรับสารแต่ละชนิดจะมีความถี่แสงขั้นต่ำที่ยังคงสามารถเกิดโฟโตอิเล็กทริคได้ ความถี่นี้เรียกว่า...

งานที่ต้องทำเพื่อเอาอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวของสารเรียกว่า...

สมการของไอน์สไตน์สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค (สูตร)...

IV. การรวมและการสรุปความรู้

ปัญหาที่ 1. ความถี่ต่ำสุดของแสงที่ยังคงสังเกตผลของโฟโตอิเล็กทริกคืออะไรหากฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะคือ 3.3 * 10 -19 J

ภารกิจที่ 2 กำหนดพลังงาน มวล และโมเมนตัมของโฟตอนที่สอดคล้องกับคลื่นที่ยาวที่สุดและสั้นที่สุดของสเปกตรัมที่มองเห็นได้หรือไม่

สารละลาย:

ปัญหา 3. ค้นหาเกณฑ์เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกสำหรับโพแทสเซียมหากฟังก์ชันการทำงาน A = 1.32 EV?

สารละลาย:

ในสมการของไอน์สไตน์

ใช้สูตรที่คุณจดไว้ เพื่อแก้ไขปัญหาต่อไปนี้ ด้วยตัวเอง

ฟังก์ชั่นการทำงานของวัสดุแผ่นคือ 4 eV จานสว่างด้วยแสงสีเดียว พลังงานของโฟตอนของแสงตกกระทบจะเป็นเท่าใด หากพลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนคือ 2.5 eV

แผ่นนิกเกิลสัมผัสกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยพลังงานโฟตอน 8 eV ในกรณีนี้ ผลจากโฟโตอิเล็กทริคจะปล่อยอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงสุด 3 eV ออกจากจาน อิเล็กตรอนจากนิกเกิลมีหน้าที่อย่างไร?

กระแสโฟตอนที่มีพลังงาน 12 eV จะทำให้โฟโตอิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ ซึ่งเป็นพลังงานจลน์สูงสุดซึ่งน้อยกว่าฟังก์ชันการทำงาน 2 เท่า กำหนดฟังก์ชันการทำงานของโลหะที่กำหนด

หน้าที่ของอิเล็กตรอนที่ออกจากโลหะ- ค้นหาความยาวคลื่นสูงสุดของรังสีที่สามารถกำจัดอิเล็กตรอนได้

กำหนดฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะ หากขีดจำกัดสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคคือ 0.255 µm

สำหรับโลหะบางชนิด ขีดจำกัดสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคคือแสงที่มีความถี่ - กำหนดพลังงานจลน์ที่อิเล็กตรอนจะได้รับภายใต้อิทธิพลของรังสีที่มีความยาวคลื่น

เตรียมการนำเสนอในหัวข้อ “การประยุกต์ใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค”

VKontakte Facebook Odnoklassniki

เมื่ออนุภาคพลังงานสูงทำปฏิกิริยากับเครื่องชนกัน จะเกิดอนุภาคที่แตกต่างกันจำนวนมากขึ้น

กระบวนการนี้เรียกว่าการผลิตหลายครั้ง และลักษณะต่างๆ ของกระบวนการนี้ถูกทำนายโดยใช้ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง - โครโมไดนามิกส์ควอนตัม (QCD) อย่างไรก็ตาม ผลการทดลองที่คล้ายกันเมื่อเร็วๆ นี้ที่ LHC (Large Hadron Collider) ไม่ตรงกับการคาดการณ์แบบจำลองที่สร้างขึ้นจากผลการทดลองที่ผ่านมากับเครื่องเร่งความเร็วอื่นๆ Nick Brooke ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยบริสตอลและเป็นหนึ่งในผู้เชี่ยวชาญชั้นนำในด้านการศึกษาการผลิตอนุภาคหลายตัวได้พูดในการประชุม Ginzburg เกี่ยวกับเหตุผลที่เป็นไปได้สำหรับความคลาดเคลื่อนนี้และการเปิดโลกทัศน์ของฟิสิกส์พลังงานสูงเชิงทดลองใหม่

เทคนิคของโครงการทดลองสองโครงการที่เกิดขึ้นที่ LHC นั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการระบุอนุภาคที่เกิด โครงการเหล่านี้คือโครงการ ALICE (การทดลองเครื่องชนไอออนขนาดใหญ่) ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการศึกษาการชนกันของไอออนหนัก และ LHCb ซึ่งออกแบบมาเพื่อศึกษาบีมีซอน - อนุภาคที่มีควาร์ก "สวย" และข้อมูลเกี่ยวกับการเกิดของอนุภาคเองก็เป็นรากฐานที่จำเป็นสำหรับการพัฒนา QCD ต่อไป นิค บรูคให้ความเห็นว่า “การกระจายตัวของอนุภาคที่สังเกตได้แสดงลักษณะเฉพาะของสถานะฮาโดรนิกของสสาร และมีความไวต่อโครโมไดนามิกส์ควอนตัมพื้นฐานของปฏิกิริยาระหว่างโปรตอน-โปรตอน ALICE, ATLAS และ CMS ได้วัดการกระจายตัวของอนุภาคในบริเวณปฏิสัมพันธ์ส่วนกลางแล้ว และเรขาคณิตของ LHCb ช่วยให้เราสามารถติดตามพลวัตของการชนในพื้นที่ห่างไกลได้ สิ่งนี้ทำให้เรามีข้อมูลที่จำเป็นมากในการพัฒนาโมเดลและปรับปรุงตัวสร้างเหตุการณ์มอนติคาร์โล”

โครโมไดนามิกส์ควอนตัมเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมาในฐานะทฤษฎีด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงในระดับซับฮาดรอนซึ่งเกี่ยวข้องกับควาร์ก กลูออน และอนุภาคที่ประกอบด้วยพวกมัน - ฮาดรอน รวมถึงโปรตอนและนิวตรอนของนิวเคลียสของอะตอมที่ถูกผูกมัดด้วยปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง หลักพื้นฐานของโครโมไดนามิกส์ควอนตัมจะกำหนดหมายเลขควอนตัมพิเศษให้กับควาร์กทั้งหมด ซึ่งเรียกว่าประจุสีหรือสี คำที่คุ้นเคยนี้ไม่เกี่ยวข้องกับลักษณะทางแสงทั่วไป แต่เน้นย้ำถึงความจริงที่ว่าในธรรมชาติควาร์กพบได้เฉพาะในรูปแบบของการผสมที่ไม่มีสีเท่านั้น - ฮาดรอนซึ่งประกอบด้วยควาร์กสามตัว (จำการเปรียบเทียบ: แดงเขียวและน้ำเงิน รวมกันเป็นสีขาว) หรือกลูออนจากควาร์กและแอนติควาร์กที่มีสารต่อต้านสี

การคาดการณ์ QCD เกี่ยวกับพารามิเตอร์ของการผลิตอนุภาคหลายรายการจะได้รับทั้งในรูปแบบการวิเคราะห์หรือในรูปแบบของการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์เชิงตัวเลขโดยใช้แบบจำลอง Monte Carlo ซึ่งสามารถเปรียบเทียบรายละเอียดกับข้อมูลการทดลองได้ แบบจำลองเหล่านี้เรียกว่าตัวสร้างเหตุการณ์ในแง่ที่ว่าความน่าจะเป็นของการเกิดปรากฏการณ์บางอย่างในการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์เหล่านี้ถือเป็นสัดส่วนกับความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ที่สอดคล้องกันในโลกแห่งความเป็นจริง โมเดลทั้งหมดนี้ทำงานได้ดีโดยสอดคล้องกับการทดลองที่ผ่านมากับเครื่องเร่งความเร็วอื่นๆ และยังมีพลังในการทำนายอยู่บ้าง แต่โมเดลเหล่านี้ยังไม่ตรงกับผลลัพธ์ใหม่ที่ได้รับที่ LHC

ศาสตราจารย์ FIAN และนักวิจัยชั้นนำในภาคฟิสิกส์พลังงานสูง Andrei Leonidov ให้ความเห็นว่า "การศึกษาการผลิตหลายชนิดที่พลังงานสูงเป็นหนึ่งในปัญหาทางกายภาพขั้นพื้นฐาน และรายงานของ Brook ทุ่มเทให้กับข้อมูลการทดลองมากมายที่สะสมอยู่ที่ LHC ชนกัน สถานการณ์ที่น่าสนใจมากเกิดขึ้นที่นั่น: แบบจำลองที่มีอยู่ไม่ได้อธิบายคุณสมบัติที่สำคัญของเหตุการณ์มากมาย การออกแบบโดยทั่วไปของพวกมันผสมผสานฟิสิกส์ของไอพ่นแฮโดรนิกแบบอ่อนและการแผ่รังสีแฮโดรนิกชนิดแข็ง และพวกมันเองก็ได้รับการปรับเทียบให้สามารถอธิบาย FNAL ซึ่งเป็นเครื่องเร่งรุ่นก่อนหน้าได้สำเร็จ ผลก็คือ ไม่มีกราฟใดในรายงานนี้ที่ทฤษฎีนี้ใกล้เคียงกับการทดลองใหม่ นั่นคือคุณสมบัติหลายประการของการคลอดบุตรหลายครั้งไม่ได้อธิบายไว้ในแบบจำลองสมัยใหม่เลย”

ดังนั้นศาสตราจารย์บรู๊คจึงพูดถึงความแตกต่างระหว่างการคาดการณ์และข้อมูลจริงเกี่ยวกับการเกิดขึ้นของอนุภาคที่มีควาร์ก "แปลก" ในองค์ประกอบหรือการละเมิดในอัตราส่วนของสสารแบริออนและแอนติแบริออน แต่ความไม่สอดคล้องกันเหล่านี้ดังที่ Brook เน้นย้ำ เพียงแต่ให้อิสระกับนักวิจัยและแสดงโครงสร้างที่ซับซ้อนของ QCD อีกครั้ง ท้ายที่สุดแล้ว ข้อมูลใหม่สามารถช่วยปรับปรุงแบบจำลองของเครื่องกำเนิดเหตุการณ์ การผลิตอนุภาคแบบอ่อน การชนกันของหลายอนุภาค และปรากฏการณ์อื่นๆ อีกมากมาย

Andrei Leonidov ยังเห็นด้วยกับการมองโลกในแง่ดีของนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ: “แบบจำลองก่อนหน้านี้ทั้งหมดในการทดลองใหม่แสดงให้เห็นว่าตนเองไม่ประสบความสำเร็จในระดับที่แตกต่างกัน และสิ่งนี้สร้างสาขาที่น่าสนใจสำหรับการศึกษา แต่โมเดลเดียวกันเหล่านี้ถูกนำมารวมกันด้วยเหตุผล: นี่คือสิ่งที่ดีที่สุดที่มนุษยชาติสามารถนำเสนอได้ในหัวข้อนี้ ไม่ใช่ว่าคนต่างจังหวัดเขียนอะไรบางอย่างที่นั่น และมันถูกนำไปใช้โดยไม่ได้ตั้งใจที่ LHC LHC ใช้สิ่งที่ดีที่สุดที่มีอยู่ และสิ่งที่ดีที่สุดนี้ยังทำงานได้ไม่ดีนัก และหัวข้อนี้มีความสำคัญมากเนื่องจากกระบวนการเกิดหลายครั้งเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในตัวชนกัน กระบวนการเหล่านี้เป็นกระบวนการที่โดดเด่นซึ่งมีหน้าตัดขนาดใหญ่ และอาจส่งผลต่อกระบวนการอื่นๆ ทั้งหมดและกำหนดความเป็นมาของกระบวนการเหล่านั้น นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานและน่าสนใจอีกด้วย ไม่มีอะไรน่าเศร้า เรากำลังรอผลลัพธ์ใหม่!”

เมื่ออนุภาคพลังงานสูงชนกัน จะสังเกตเห็นการสร้างอนุภาคใหม่หลายครั้ง