Черепенников В.Б. Науке нужна защита → 4. Примеры практического применения результатов исследования → 4.7 Фотоэлектрический эффект с точки зрения классической корпускулярной теории света

 

4.7.Фотоэлектрический эффект с точки зрения классической корпускулярной теории света.

 

                                                                              «Где глупость образец,

                                                                                там разум – безумие»

                                                                                             Гёте «Фауст»

Другим ярчайшим подтверждением справедливости корпускулярной теории света является фотоэлектрический эффект.

В монографии «Фотоэлектрический эффект» (Р. Спроул. Современная физика. М. 1974 г.) Спроул пишет: «Опыт с обычным вакуумным фотоэлементом является одним из наиболее важных в современной физике. С помощью фотоэлемента, вольтметра, микроамперметра, источника переменного напряжения и источника света можно легко показать, что классическая электромагнитная теория не применима к явлениям атомной физики.

Если на эмиттер (испускающий электроны) фотоэлемента падает свет достаточно малой длины волны, то наблюдается вылет электронов из этого электрода. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом.

Очевидно, что существует энергия связи электрона с твёрдым телом, или, иными словами, что электроны будут отрываться при наложении даже очень малых электрических полей. В действительности электроны не покидают самопроизвольно твёрдое тело в больших количествах; заметный поток электронов испускается только в том случае, если обеспечен добавочный источник энергии. Если раскалить металл в вакууме, то происходит термоионная эмиссия электронов; в этом случае добавочная энергия поступает за счёт тепловой энергии, отвечающей высокой температуре. При фотоэффекте добавочным источником энергии является падающий свет.

Классическая теория фотоэлектронной эмиссии состоит в следующем: электроны в металле должны ускоряться электрическим полем электромагнитной волны. Если это поле достаточно сильное, то электрон может приобрести дополнительную энергию и вылететь из металла. При малых интенсивностях падающего света электроны не должны испускаться. После того как интенсивность превысит некоторое пороговое значение, должно начаться испускание электронов. Чем больше интенсивность падающего света, тем большей кинетической энергией должны обладать испускаемые электроны, так как большее количество энергии остаётся у них после преодоления поверхности энергетического барьера. При этом не должно существовать простой зависимости кинетической энергии испускаемых электронов от частоты падающего света.

Опыт по изучению фотоэффекта состоит в измерении числа испускаемых электронов и их энергий в функции интенсивности и частоты падающего монохроматического света. Испускаемые электроны можно подвергнуть действию либо задерживающего (<0), либо ускоряющего (>0) электрического поля. При >0 ток не зависит от напряжения. В этой области напряжений все испущенные электроны достигают коллектора. В случае задерживающих полей (<0) электроны с большими энергиями попадают на коллектор, тогда как электроны с малыми кинетическими энергиями заворачиваются полем и вновь попадают в эмиттер. Очевидно, существует такая максимальная кинетическая энергия, что ни один электрон не будет обладать превышающей это значение. Если задерживающему напряжению придать отрицательное значение, превышающее пороговое значение , то ни один электрон не достигнет коллектора.

Будем теперь менять интенсивность света , поддерживая частоту света  постоянной. Полученные кривые для трёх значений интенсивности показаны на рис. 29.      

рис.29

Кривые фототока для трёх значений интенсивности света  при постоянном .

 

     

Замечательной особенностью результата является то, что  остаётся постоянным! При изменении интенсивности света и, следовательно, напряжённости электрического поля электромагнитной волны кинетическая энергия испускаемых электронов не изменяется, а изменяется лишь их число. Этот результат прямо противоположен результату, предсказываемому классической теорией.

Этот эксперимент можно провести при очень малых интенсивностях падающего света, и всё-таки фототок будет строго пропорционален интенсивности света.

Другой неожиданный результат получается в случае изменения частоты света при постоянной интенсивности. Результаты такого эксперимента приведены на рис.30 и рис.31.

 

рис.30

Кривые фототока для трёх значений частоты света при постоянной интенсивности .

 

рис.31

 

Зависимость максимального задерживающего напряжения  от частоты .

Из рисунка видно, что максимальная энергия фотоэлектронов изменяется с изменением частоты. Кроме того,  является линейной функцией от частоты. Заметим, что наклон прямых не зависит от вещества эмиттера; это повелительно наталкивает на мысль, что величина указанного наклона выражает некоторое фундаментальное свойство света. Классическая теория не способна предсказать результаты, согласующиеся с этими экспериментами.

Постулируем теперь фотонную теорию света и покажем, как эта новая теория достигает успеха в той области, где классическая теория оказывается несостоятельной. Можно было бы сомневаться в правомерности этой смелой новой теории на основе одного лишь эксперимента (например, фотоэффекта), даже, несмотря на её поразительный успех. Но в этой главе мы рассмотрим многие другие эксперименты, которые также покажут согласие фотонной теории с опытом.

Фотонная теория света утверждает следующее: 1) Свет состоит из «порций» электромагнитных волн, называемых фотонами. 2) Во время испускания или поглощения света фотоны рождаются или поглощаются как нечто неделимое. Такие процессы вполне аналогичны процессу столкновения фотона (рассматриваемого как частица) и электрона атома, испускаемого или поглощаемого света. Точно так же и рассеяние света представляет собой процесс столкновения между фотоном и рассеивателем (например, электроном). 3) Каждый фотон обладает энергией , где  - частота, а  - универсальная постоянная, называемой постоянной Планка. 4) Фотоны перемещаются в пространстве и испытывают дифракцию и поляризацию совершенно так же, как электромагнитные волны с частотой  .

Таким образом, фотонная теория добавляет новые свойства к обычным свойствам света (дифракции и поляризации). Она не требует от нас отказа от старого представления о свете; она требует лишь сочетания концепции фотонов с концепцией электромагнитных волн. В своём движении фотон «направляется» свойствами волны (длиной волны, скоростью). При испускании он рождается как нечто целое. При поглощении он исчезает также как нечто целое.

Применим теперь фотонную теорию к фотоэффекту. Фотон сталкивается с электроном, и энергия фотона проявляется в виде добавочной кинетической энергии электрона. Предположим, что электрон принадлежит к группе электронов, обладающих максимальной кинетической энергией. Если этот электрон движется в направлении, перпендикулярном к поверхности эмиттера, то его кинетическая энергия после выхода из эмиттера равна . Где  - энергия, которую нужно сообщить электрону с наибольшей энергией, чтобы он мог покинуть твёрдое тело;  - работа выхода. Если электрон имел до поглощения фотона энергию, меньшую максимальной кинетической энергии, или если его скорость не была направлена нормально к поверхности, то его кинетическая энергия после испускания меньше . Если вычисленная энергия меньше нуля, то электрон вообще не испускается. Таким образом, уравнение даёт максимальное значение кинетической энергии испускания электронов, и это значение в точности равно измеряемой величине : . Это равенство называется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.

Уравнение согласуется с экспериментальным фактом, что  не изменяется с изменением интенсивности падающего света. При возрастании интенсивности света возрастает число фотонов, падающих на эмиттер, за 1 сек. Этот вывод можно сформулировать иначе: каждый акт поглощения фотона не зависит от других таких актов.

Таким образом, квантовая теория света и основанное на этой теории уравнение Эйнштейна для фотоэффекта находятся в прекрасном согласии с опытом. Поскольку окончательным судьёй в науке является опыт, а не предвзятые идеи, мы должны отдать предпочтение квантовой теории перед классической при рассмотрении взаимодействия света с электронами».

 

Прежде всего, целесообразно выяснить все ли учёные разделяют оптимизм  Спроула о «поразительных успехах смелой, новой, квантовой теории света» и несостоятельности материалистического классического учения.

По этому поводу сами создатели квантовой теории В. Гейзенберг и  Э. Шредингер однозначно выражают свою позицию.

Так, В. Гейзенберг восклицает: «Действительно ли природа может быть такой абсурдной, какой она представляется нам в этих атомных экспериментах? Верно ли, что в природе встречается только такая экспериментальная ситуация, которая выражается математическим формализмом квантовой теории?». (18) с. 23.

Этого же мнения придерживается и Э. Шредингер: «Эта картина материалистической действительности сегодня так шатка и сомнительна, как этого уже давно не было. Мы знаем очень много интересных деталей, узнаём ежедневно новые. Но мы всё ещё не можем отобрать из основных представлений такое, которое можно рассматривать как твёрдо установленное и на основе которого можно построить прочное сооружение. Широко распространённое мнение учёных исходит из того, что вообще нельзя дать объективную картину действительности с том смысле, который ей придавали раньше. Только оптимисты среди нас (к которым я отношу и себя) принимают это за философскую экзальтацию, за шаг отчаяния перед лицом большого кризиса. Мы надеемся, что это колебание наших представлений означает только болезненный процесс превращения, который приведёт, в конечном счёте, к лучшему, чем беспорядочный набор формул, который сегодня покрывает наш предмет» (7, с.37).

Такого же мнения придерживается и подавляющее большинство выдающихся учёных (разумеется, не тех «учёных» - лженаучных мошенников – апологетов квантво-релятивистского подсознания, от глупости и невежества которых в философском и теоретическом мышлении, предостерегали И. Ньютон, Ф. Энгельс и В.И. Ленин).

         Обобщая мнения  выдающихся ученых о пути реализации программы выхода из созданной квантово-релятивистским подсознанием кризисной ситуации, В. Гейзенберг констатирует, что «желателен был бы возврат к понятию реальности классической физики, или, говоря в более общей форме, к онтологии материализма, иначе говоря, к идее объективного реального мира». (24) с. 16.

         И мнения их не являются безосновательными. Само дуалистическое представление о фотоне, как о волне-частице представляется абсурдным, как с научной точки зрения, так и со стороны здравого смысла. То, что в материальной среде, состоящей из частиц, могут возникать волны - сомневаться не приходится. Частицы – это тела – материальные объекты, волны же, в данном случае, – это процесс перемещения (движения) некой материальной среды (существование которой сами релятивисты отвергают). Объединять эти два несовместимых понятия в единое целое – нонсенс. Это всё равно, что приравнивать массу со скоростью (килограммы равны метрам, делённым на секунды). Но для лженаучных мошенников ничего невозможного не существует. Ведь ухитрились же они объединить массу с энергией, пространство со временем. Так почему же не объединить килограммы с метрами, делёнными на секунды? И весь этот бред выдаётся за «поразительный успех»! То, что поразительный – не вызывает сомнений, а, вот относительно успеха, то тут не мешало бы припомнить слова Вильяма Макмиллана о постулате «самом бессмысленном из всех, который мы только смогли придумать».

         Несмотря на сокрушительную критику учёных и классиков диалектического материализма глупости и нелепости энергетизма и четырёхмерности пространства-времени, они, под видом эквивалентности массы и энергии, пространства и времени, и поныне, наряду с другими глупостями и нелепости квантово-релятивистского подсознания, продолжает вдалбливаться в неокрепшее сознание учащихся, превращая их, не в потенциальных учёных, а в потенциальных клиентов психиатрических лечебниц, и уж, по крайней мере, не в тех, кто способен развивать и защищать науку от мракобесия.

К тому же, эти самые «учёные», ссылаясь на Эйнштейна, заявляют, что никакой передающей среды не существует и в помине. Так что распространяться фотону - волне-частице попросту не в чем. И всё это происходит несмотря на то, что ещё Ньютон предостерегал: «Допускать, что одно тело может воздействовать на другое через пустоту, без посредства чего-либо, что передавало бы действие и силу от одного тела к другому представляется мне столь большой нелепостью, что я не думаю, чтобы человек компетентный в философском мышлении мог когда-либо это сделать».

         В связи с этим, абсурд объединения в единое целое волны и частицы, массы и энергии, пространства и времени не имеет под собой ни философского, ни естественнонаучного обоснования.

         На основании квантовой теории, Р. Спроул пишет: «если электрон движется в направлении, перпендикулярном к поверхности эмиттера (металла), то его кинетическая энергия после выхода из эмиттера равна  ».

         Это математическое уравнение не соответствует сущности представленной к рассмотрению физической модели проводимого эксперимента. Собственно, говорить о какой-либо физической модели, раскрывающей сущность фотоэффекта, на основании голословного предположения о том, что «такие процессы вполне аналогичны процессу столкновения фотона (рассматриваемого как частица) и электрона», можно весьма условно.

         Опыты Столетова показали, что световые частицы – корпускулы передают при столкновении импульс, направленный в сторону движения корпускулы, но никак не в противоположном направлении. В экспериментах по фотоэффекту фотоны движутся по направлению к эмиттеру. В ту же сторону направлена и передаваемая электрону кинетическая энергия фотона. Возникает естественный вопрос: каким образом фотоэлектрон, получив кинетический импульс фотона в одном направлении, отскакивает в диаметрально противоположном? Логичнее предположить, что фотоэлектроны вообще не могут «двигаться в направлении, перпендикулярном к поверхности эмиттера»,  В любом случае, если не противоречить закону сохранения импульса, фотон при столкновении с электроном будет препятствовать его вылету из эмиттера.

Ответа на этот вопрос, свидетельствующий о противоречии с опытом и несостоятельности, «новая, смелая, фотонная, квантовая теория света, несмотря на её поразительный успех в той области, где классическая теория оказывается несостоятельной», не даёт.

Следовательно, вышеприведенное математическое уравнение находится в явном противоречии с новой фотонной квантовой теорией света.

         Уже только по этим приведенным причинам квантовая теория является полностью несостоятельной и не применима к объяснению фотоэлектрического эффекта.

         В одном, безусловно, прав Спроул - в критике несостоятельности волновой электромагнитной теории распространения света. пришедший, вслед за Эйнштейном, к неизбежному выводу о необходимости возвращения к корпускулярной теории, пусть даже и в извращённой форме переходного периода атавизма корпускулярно-волнового дуализма.

         Никакой электромагнитной волны, распространяющейся в неподвижной или увлекаемой среде, в том смысле, как это предписано современной электродинамикой, не существует. Вся совокупность экспериментальных данных и философских умозаключений свидетельствует о несостоятельности этих воззрений. Также абсурдно наделять фотоны (если рассматривать их как аналог корпускулам) волновыми свойствами – длиной волны, частотой и абсолютной скоростью распространения света. Фотону (корпускуле), как и любому материальному объекту, присущи: геометрические параметры, масса, относительная скорость движения, кинетическая энергия, спин и другие параметры.

         Примечание. Вопрос об абсолютной скорости света не относится к области естествознания. Это вопрос психиатрии. По этому поводу известный учёный В. Макмиллан писал: «Мы, современное поколение, слишком нетерпеливы, чтобы чего-нибудь дождаться... после попытки Майкельсона обнаружить ожидавшееся движение Земли относительно эфира, мы отказались от всего, чему нас учили раньше, создали постулат, самый бессмысленный из всех, который мы только смогли придумать и создали неньютоновскую механику, согласующуюся с этим постулатом. Достигнутый успех превосходная дань нашей умственной активности и нашему остроумию, но нет уверенности, что нашему здравому смыслу».

         Невежественные в философском и естественнонаучном мышлении реакционные мракобесы, создавшие этот «самый бессмысленный постулат», противоречащий здравому смыслу, и навязывающие его научному сообществу, издав постановление Президиума АН СССР о том, что люди, критикующие эту глупость и нелепость, являются параноиками и подлежат принудительному лечению, сами нуждаются в помощи психиатрии и принудительном лечении. По крайней мере, допускать их к науке нельзя ни в коем случае, если мы не хотим превратить науку в вотчину умалишённых.

Рассмотрим теперь фотоэлектрический эффект с точки зрения классической корпускулярной теории света. Заменим мистическое представление о частоте фотона его естественнонаучным аналогом - кинетической энергией движущейся световой корпускулы, равной по величине . Где  и - масса и скорость световой корпускулы.

При облучении поверхности эмиттера, световые корпускулы, захватываются «чёрными дырами» - микро-галактик  протонов (смотри раздел 4.1). В результате этих захватов инициируются взрывы в «чёрных дырах» протонов. При этом  «чёрные дыры» извергают из центрального тела сгустки вещества, которые, преодолевая притяжение «чёрной дыры», локализуются в  микро-источники – фото-электроны. Естественно, что мощность взрыва, а, следовательно, и кинетическая энергия излучаемого фото-электрона будет пропорциональна кинетической энергии поглощаемой световой корпускулы. В этом случае направленность взрыва, а, следовательно, и излучение фото-электронов будет происходить с поверхности эмиттера. Очевидно, что количество излучаемых фото-электронов должно быть пропорционально интенсивности света.

Представленные логические доказательства, основанные на принципах диалектического материализма и классической корпускулярной теории света, полностью подтверждаются приведенными Спроулом экспериментальными данными и графиками.

Результаты настоящего исследования позволяют разоблачить научную несостоятельность и отвергнуть безумие образцовой глупости абсурдности корпускулярно-волнового дуализма, эквивалентности массы и энергии, измышленных Эйнштейном,  и возвратиться к разуму диалектического материализма, теоретически и экспериментально доказавшего справедливость ньютоновской корпускулярной теории световых явлений.

         В связи с этим, настоящее исследование подтверждает необходимость «возврата к понятию реальности классической физики, или, говоря в более общей форме, к онтологии материализма, иначе говоря, к идее объективного реального мира», на котором настаивают выдающиеся учёные по свидетельству лауреата Нобелевской премии В. Гейзенберга.