科學界沸騰!科學家首次完善愛因斯坦理論,解答光子動量失蹤難題

2020-12-05 有趣探索

趣味探索訊 愛因斯坦無疑是這個世界上最偉大的人,他不但解釋了很多前人所未解釋的物理現象,還提出至今無法超越的廣義相對論,他因解釋了光電效應而獲得諾貝爾獎。根據愛因斯坦的觀點,光由光粒子組成,如果光子的動量足夠大,那麼就能將金屬原子中的電子剔除,即物理學中著名的光電效應,但在這個過程中,光子動量又去了哪裡,難道失蹤了?

愛因斯坦本人已經不在人世了,所以這個難題半個多世紀來一直無人解答。今天來自歐洲法蘭克福歌德大學的物理學家博士生亞歷山大·哈通找到了答案,首次完善了愛因斯坦的光電效應理論,算是超越了愛因斯坦。為了解答這個難題,他研製出一種以前無法達到的高辨率光譜儀。

據了解,這臺光譜儀長達三米,高2.5米,其中零部件比汽車還多,光譜儀裡面安裝有性能極高的雷射,當雷射脈衝中大量光子轟擊一個氬原子時,氬原子會被電離,而且每個原子釋放了一個電子,而光譜儀裡面的管道卻能以極高精度來測量到電子。哈通發現,光子一部分動量讓氬原子發生分解,剩餘動量轉移到電子上。

哈通表示,一開始光子動量轉移到原子核上,隨著原子核分裂,電子自然得到了一部分動量。哈通解釋說,光子轟擊氬原子過程就相當於風將其動能傳遞給船帆,只要風帆夠牢固,那風就能推動船前進,如果繩索被撕裂,那麼風的動量就轉移到了帆上。

另外,哈通的實驗還發現了一個令人更加驚訝的事實,電子不僅接收應得的動量,而且還將到達原子核光子動量的1/3據為己有,也就是電子還偷偷竊取了更多動量。

光是世界上最奇妙物質,具有波粒二象性,為了更精準地解釋實驗結果,哈通還將光的電磁波特性引用了進來。當氬原子中電子被強電場從原子核中拉離時,強電場將格外的動量傳遞給了電子,所以電子的動量要比其他微粒要大。這項研究解答了光子動量失蹤問題,完善了愛因斯坦所未完善理論,超越了愛因斯坦。

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