Od fotonů až po mimozemský život (1) Co je světlo?

2. dubna 2016 v 20:43 | Mikoláš Chromík |  O přírodě



Vítám vás přátelé, u prvního dílu ze seriálu "Od fotonů až po mimozemský život".



Víte, co je tou nejpoužívanější sondou astronomů? Žádný rover, nebo satelit, je to světlo a jeho zajímavé vlastnosti, o kterých si dnes povíme.

Asi máme trochu představu, co je možné se světlem udělat, můžeme ho odrazit, odklonit (tím myslím lámat) nebo rozložit. V astronomii je nejdůležitější právě rozklad bílého světla. Ten známe třeba u duhy, nebo když si vezmete skleněný hranol a proženete jím paprsek světla, ten se následně rozloží na ono známé barevné spektrum.


Na pohled se to sice může zdát jako jen hezké divadlo pro nic, ale každá z barev tohoto spektra se pojí s určitou velikostí energie fotonu, což je částice světla. Rozkládaný paprsek je v podstatě proud těchto částic, skládá ze všech těchto barev (bílá je jakýsi součet všech barev) a důvod, proč se nám rozloží v toto plošné spektrum je ten, že se každá barva lomí pod jiným úhlem. A právně množství energie, které foton nese, čímž je zároveň zabarvený, je zodpovědné za daný úhel lomu.

Velikost energie fotonu je charakterizována vlnovou délkou skrze Planckův vztah:

Jen tak pro zajímavost, kdybychom chtěli vědět, jak se energie fotonu vyčíslí pomocí jeho frekvence (což je jiné vyjádření vlnové délky v případě světla). Písmenko h je planckova konstanta, která hraje ve vztahu hlavní roli.

Takový hranol, je v podstatě spektroskop, zařízení, které zobrazuje spektrum. Spektroskop můžeme mít připojený k dalekohledu, jednou to tak člověk udělal a namířil dalekohled na Slunce. Objevilo se klasické spektrum, výše popisované, ale něco v něm chybělo - zdánlivě nahodilé kratičké úseky. Začalo se jim říkat absorpční spektrální čáry.



Toto je příklad získaného absorpčního spektra. Od pohledu na tento obrázek už nám začíná být jasné, že jednotlivé čáry sepojí s určitými prvky z periodické soustavy prvků.

Dlouho lidé nevěděli, co může za tyto "vynechávky", dokud se nezačala rozvíjet kvantová fyzika. Dospěli jsme k názoru, že se hmota skládá z atomů, jehož jádro je slepencem protonů, neutronů a okolo jádra se rozprostírá obal, který svým způsobem "zastupují" elektrony. Elektron je záporně nabitá částice a protony jsou nabité kladně. Vše co vidíme okolo sebe je právě z těchto částic (vesmír ještě obsahuje temnou hmotu a údajně ještě temnou energii, ale tu vidět nemůžeme).

Taková umělecká vizualizace atomu.

Lidé vybádali, že fotony s elektrony mezi sebou působí. V podstatě ve většině případů fotony vyměňují (transportují) informace (energii) mezi elektrony, nebo nabitými částicemi obecně, a proto považujeme fotony za přenašeče tzv. elektromagnetické síly (i magnetické proto, že při pohybu nabité částice automaticky okolo ní vzniká i magnetické pole).

V kvantové fyzice je elektronový obal popsán hladinami, je jich sedm, ve kterých "obývají" elektrony. Z amerických filmů vidíme, že čím výše máte kancelář, tím výše postavený v této asociaci jste. K tomu, abyste svou kancelář vykopli o několik pater víše, musíte do toho dát své úsilí = energii. Stejně tak elektron, má-li se posunout o hladinu výše, musí přijmout určité, pevně dané množství energie a my už víme, že úlohu dopravce, v této branži májí přeci fotony! Tedy světlo. Pokud od fotonu příjme větší množství energie, může být ionizován - úplně opustí atom.

Zpět ke spektru. Absorpční čáry jsou v důsledku výše uvedených informací zapříčiněné "splynutím" fotonů s elektrony, daných hladin v daných atomech. Tedy jakoby elektrony v atomech daného prvku, z periodické tabulky, zastiňovali určitou, charakteristickou část v rozloženém spektru. Tímto způsobem dokážeme určit chemické složení takřka čehokoliv ve vesmíru, bez ohledu na to, jak je ten objekt vzdálený, protože každý prvek, resp. jeho elektronový obal, zastiňuje spektrum svým jedinečným, unikátním způsobem. Každý prvek má svůj unikátní čárový kód.


Shrnutí v případě Slunce: Pozorované absorpční spektrum ze Slunce tedy lze vysvětlit tím, že světlo, které vytváří ve svém jádru, prochází atomy různých prvků ve sluneční atmosféře. To světlo se průchodem změní, "znečistí" a tím nám dává Slunce vědět, z čeho je složené.


Jestli se vám článek líbil, tak vám tímto nabízím přehled o všech nově vydaných, včetně dalších informací:






 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 Nějaká Ufounka Nějaká Ufounka | E-mail | Web | 2. dubna 2016 v 21:19 | Reagovat

Dobrý, jen jsem si všimla menší nepřesnosti - excitace nerovná se ionizace (tedy "vykopnutí" z atomu) ale práv jen přechod do vyšší en. hladiny.
Jen bych se chtěla zeptat: jak je to s hmotností fotonu? Ano vím, klidová hmotnost je nulová, ale fotony mají nenulovou hybnost a ta přeci závisí na hmotnosti. Jedná se tedy o jiný "druh" hmotnosti? Vím jen, že to má něco společného s vlnovou délkou a vyšší PROSTOROVOU (tedy ne "normálně" měřenou, LINEÁRNÍ konstantní "C") rychlostí.

2 Nicolaes Nicolaes | 2. dubna 2016 v 21:43 | Reagovat

[1]: Jo díky, opravím to :) ehm.... nulová klidová hmotnost, to je hmotnost, kterou by ten foton měl, kdybychom ho zastavili -> v podstatě by neexistoval, a proto to ho zřejmě nejde zastavit .... nabývá určité hmotnosti vždy, když se pohybuje (rychlost c), tzn. že má už tu energii danou Planckovým vztahem, a ta se dá přes ten notoricky známý vzorec E=mc^2 převést na hmotnost.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama