Albert Eynşteyni yəqin ki, planetimizin hər bir sakini tanıyır. Kütlə və enerji arasındakı əlaqə üçün məşhur düstur sayəsində tanınır. Lakin o, buna görə Nobel mükafatı almadı. Bu yazıda 20-ci əsrin əvvəllərində ətrafımızdakı dünya haqqında fiziki təsəvvürləri dəyişdirən iki Eynşteyn düsturunu nəzərdən keçirəcəyik.
Eynşteynin məhsuldar ili
1905-ci ildə Eynşteyn eyni anda bir neçə məqalə dərc etdirdi, bu məqalələr əsasən iki mövzuya aid idi: inkişaf etdirdiyi nisbilik nəzəriyyəsi və fotoelektrik effektin izahı. Materiallar Almaniyanın Annalen der Physik jurnalında dərc olunub. Bu iki məqalənin sərlövhəsinin özü o zamanlar elm adamları arasında çaşqınlıq yaratmışdı:
- "Cismin ətaləti onun tərkibindəki enerjidən asılıdırmı?";
- "İşığın mənşəyi və çevrilməsi haqqında evristik baxış".
Birincidə alim Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsinin hazırda məlum olan düsturunu gətirir, hansı ki,kütlə və enerjinin vahid bərabərliyi. İkinci məqalədə fotoelektrik effekt üçün tənlik verilir. Hazırda hər iki düstur həm radioaktiv maddə ilə işləmək, həm də elektromaqnit dalğalarından elektrik enerjisi yaratmaq üçün istifadə olunur.
Xüsusi nisbiliyin qısa düsturu
Eynşteyn tərəfindən hazırlanmış nisbilik nəzəriyyəsi cisimlərin kütlələrinin və onların hərəkət sürətlərinin böyük olduğu hadisələri nəzərdən keçirir. Burada Eynşteyn hər hansı istinad çərçivəsində işıqdan daha sürətli hərəkət etməyin mümkün olmadığını və yaxın işıq sürətində məkan-zamanın xüsusiyyətlərinin dəyişməsini, məsələn, zamanın yavaşlamağa başladığını irəli sürür.
Nisbilik nəzəriyyəsini məntiqi baxımdan başa düşmək çətindir, çünki o, qanunları 17-ci əsrdə Nyuton tərəfindən qoyulmuş hərəkət haqqında adi fikirlərə ziddir. Bununla belə, Eynşteyn mürəkkəb riyazi hesablamalardan zərif və sadə bir düstur tapdı:
E=mc2.
Bu ifadə enerji və kütlə üçün Eynşteynin düsturu adlanır. Gəlin bunun nə demək olduğunu anlayaq.
Kütlə, enerji və işığın sürəti anlayışları
Albert Eynşteynin düsturunu daha yaxşı başa düşmək üçün onda olan hər bir simvolun mənasını ətraflı başa düşməlisiniz.
Kütlədən başlayaq. Bu fiziki kəmiyyətin bədəndəki maddənin miqdarı ilə əlaqəli olduğunu tez-tez eşidə bilərsiniz. Bu tamamilə doğru deyil. Kütləni ətalət ölçüsü kimi təyin etmək daha düzgündür. Bədən nə qədər böyükdürsə, ona müəyyən bir şey vermək bir o qədər çətindirsürət. Kütlə kiloqramla ölçülür.
Enerji məsələsi də sadə deyil. Beləliklə, onun müxtəlif təzahürləri var: işıq və istilik, buxar və elektrik, kinetik və potensial, kimyəvi bağlar. Bütün bu enerji növlərini bir mühüm xüsusiyyət birləşdirir - iş görmək qabiliyyəti. Başqa sözlə, enerji cisimləri digər xarici qüvvələrin təsirinə qarşı hərəkət etdirə bilən fiziki kəmiyyətdir. SI ölçüsü jouldur.
İşıq sürətinin nə olduğu təxminən hər kəsə aydındır. Elektromaqnit dalğasının zaman vahidi üçün keçdiyi məsafə kimi başa düşülür. Vakuum üçün bu dəyər sabitdir, hər hansı digər real mühitdə azalır. İşıq sürəti saniyədə metrlə ölçülür.
Einstein düsturunun mənası
Bu sadə düstura diqqətlə baxsanız, kütlənin sabit (işıq sürətinin kvadratı) vasitəsilə enerji ilə əlaqəli olduğunu görə bilərsiniz. Eynşteyn özü izah edirdi ki, kütlə və enerji eyni şeyin təzahürüdür. Bu halda, m-dən E-yə və geriyə keçidlər mümkündür.
Eynşteynin nəzəriyyəsi ortaya çıxmazdan əvvəl elm adamları hesab edirdilər ki, kütlə və enerjinin saxlanması qanunları ayrı-ayrılıqda mövcuddur və qapalı sistemlərdə baş verən istənilən proseslər üçün etibarlıdır. Eynşteyn göstərdi ki, belə deyil və bu hadisələr ayrı-ayrılıqda deyil, birlikdə davam edir.
Eynşteynin düsturunun və ya kütlə və enerjinin ekvivalentliyi qanununun başqa bir xüsusiyyəti bu kəmiyyətlər arasındakı mütənasiblik əmsalıdır.yəni c2. Bu, təxminən 1017 m2/s2 ilə bərabərdir. Bu nəhəng dəyər onu göstərir ki, hətta kiçik bir kütlədə də böyük enerji ehtiyatları var. Məsələn, bu formulaya əməl etsəniz, onda yalnız bir quru üzüm (kişmiş) Moskvanın bütün enerji ehtiyaclarını bir gündə ödəyə bilər. Digər tərəfdən, bu nəhəng amil təbiətdəki kütləvi dəyişiklikləri niyə müşahidə etmədiyimizi də izah edir, çünki onlar istifadə etdiyimiz enerji dəyərləri üçün çox kiçikdir.
Düsturun 20-ci əsr tarixinin gedişatına təsiri
Bu düsturun biliyi sayəsində insan böyük ehtiyatları kütlənin yox olması prosesləri ilə izah edilən atom enerjisini mənimsəyə bildi. Bunun bariz nümunəsi uran nüvəsinin parçalanmasıdır. Bu parçalanmadan sonra əmələ gələn işıq izotoplarının kütləsini toplasaq, ilkin nüvədən çox az olacaq. İtmiş kütlə enerjiyə çevrilir.
İnsanın atom enerjisindən istifadə bacarığı şəhərlərin mülki əhalisini elektrik enerjisi ilə təmin etməyə xidmət edən reaktorun yaradılmasına və bütün məlum tarixdə ən ölümcül silahın - atom bombasının dizaynına səbəb oldu.
Birləşmiş Ştatlarda ilk atom bombasının peyda olması Yaponiyaya qarşı İkinci Dünya Müharibəsini vaxtından əvvəl başa vurdu (1945-ci ildə ABŞ bu bombaları Yaponiyanın iki şəhərinə atdı) və eyni zamanda müharibənin qarşısının alınmasında əsas maneə oldu. Üçüncü Dünya Müharibəsinin başlanması.
Eynşteynin özü, əlbəttə ki, bacara bilməzdikəşf etdiyi formulun belə nəticələrini qabaqcadan görmək. Qeyd edək ki, o, Manhettendə atom silahlarının yaradılması layihəsində iştirak etməyib.
Fotoelektrik effekt hadisəsi və onun izahı
İndi isə 1920-ci illərin əvvəllərində Albert Eynşteynin Nobel mükafatına layiq görüldüyü sualına keçək.
1887-ci ildə Hertz tərəfindən kəşf edilmiş fotoelektrik effekt hadisəsi müəyyən tezliklərin işığı ilə şüalandıqda müəyyən materialın səthində sərbəst elektronların görünməsindən ibarətdir. Bu hadisəni 20-ci əsrin əvvəllərində əsası qoyulmuş işığın dalğa nəzəriyyəsi baxımından izah etmək mümkün deyildi. Beləliklə, fotoelektrik effektin niyə vaxt gecikməsi olmadan (1 ns-dən az) müşahidə edildiyi, nə üçün yavaşlama potensialının işıq mənbəyinin intensivliyindən asılı olmadığı aydın deyildi. Eynşteyn parlaq izahat verdi.
Alim sadə bir şey təklif etdi: işıq maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, o, dalğa kimi deyil, cisimcik, kvant, enerji laxtası kimi davranır. İlkin anlayışlar artıq məlum idi - korpuskulyar nəzəriyyə 17-ci əsrin ortalarında Nyuton tərəfindən irəli sürülmüş, elektromaqnit dalğa kvantları anlayışı isə həmyerli fizik Maks Plank tərəfindən təqdim edilmişdir. Eynşteyn bütün nəzəriyyə və təcrübə biliklərini bir araya gətirə bildi. O hesab edirdi ki, yalnız bir elektronla qarşılıqlı əlaqədə olan foton (işığın kvantı) ona enerjisini tamamilə verir. Əgər bu enerji elektron və nüvə arasındakı əlaqəni pozacaq qədər böyükdürsə, o zaman yüklü elementar hissəcik atomdan açılır və sərbəst vəziyyətə keçir.
Etiketli BaxışlarEynşteynə fotoelektrik effektin düsturunu yazmağa imkan verdi. Bunu növbəti abzasda nəzərdən keçirəcəyik.
Fotoelektrik effekt və onun tənliyi
Bu tənlik məşhur enerji-kütlə əlaqəsindən bir qədər uzundur. Belə görünür:
hv=A + Ek.
Bu tənlik və ya Eynşteynin fotoelektrik effekt düsturu prosesdə baş verənlərin mahiyyətini əks etdirir: hv enerjili foton (Plank sabiti rəqs tezliyinə vurulur) elektron arasındakı əlaqəni qırmağa sərf olunur. və nüvə (A elektronun iş funksiyasıdır) və kinetik enerjinin mənfi zərrəciyinin əlaqəsi (Ek).
Yuxarıdakı düstur fotoelektrik effektlə bağlı təcrübələrdə müşahidə edilən bütün riyazi asılılıqları izah etməyə imkan verdi və nəzərdən keçirilən hadisə üçün müvafiq qanunların formalaşmasına səbəb oldu.
Fotoelektrik effekt harada istifadə olunur?
Hazırda Eynşteynin yuxarıda qeyd olunan ideyaları günəş panelləri sayəsində işıq enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün tətbiq edilir.
Daxili fotoelektrik effektdən istifadə edirlər, yəni atomdan “çıxarılan” elektronlar materialı tərk etmir, onun içində qalırlar. Aktiv maddə n və p tipli silikon yarımkeçiricilərdir.
