التأثير الكهروضوئي: طاقة الإلكترون وتردد الضوء

كلما زدنا من شدة الضوء زاد عدد الإلكترونات المنبعثة؛ ولكن تظل طاقة كل إلكترون ثابتة بلا زيادة. وسواء كان الضوء الساقط ضعيفًا أو قويًا فطاقة كل إلكترون تساوي hf، أي حاصل ضرب تردد الضوء في قيمة الثابت الفيزيائي العام h، المعروف بـ «ثابت بلانك Planck's Constant». استنتج «أينشتاين» (صاحب نظرية النسبية) من هذه الحقيقة العلمية −حقيقة أن الإلكترونات تكتسب الطاقة في كميات صغيرة منفصلة، وأن هذه الكميات مصدرها الضوء الساقط− أن الطاقة في شعاع الضوء مكونة من حِزَم عُرفت فيما بعد بـ «كوانتا Quanta» أو «فوتونات Photons». وبما أن قيمة hf صغيرة للغاية؛ نجد أن عدد هذه الحزم أو الفوتونات في حالة الضوء المعتادة يكون كبيرًا لدرجة أن الصفات الفيزيائية لشعاع الضوء لا تختلف كثيرًا عن صفات الموجة المتصلة المستمرة. فعلى سبيل المثال: هناك مليون مليون فوتون يمرون كل ثانية في هذه النقطة السوداء الصغيرة )٠( في ضوء الغرفة المعتاد. ولا تظهر الطبيعة الفوتونية للضوء −أو لا يمكن ملاحظتها− إلا في ظروف خاصة، كما هو الحال في تجربة التأثير الكهروفوتوني. ثم أجريت تجارب أخرى على ظاهرة التأثير الكهروفوتوني لإيضاح بعض الخصائص الأخرى للفوتونات. فعند إجراء التجربة باستخدام ضوء خافت للغاية نجد أن بعض الإلكترونات تنبعث لحظيًا بمجرد تشغيل مصدر الضوء وقبل الوقت الذي تحتاجه موجات الضوء لتزويد أي ذرة بالقدر الكافي من الطاقة لتنبعث الإلكترونات. وكان التفسير الوحيد لذلك هو أن طاقة الموجة موزعة على الفوتونات، بحيث إنه حتى في حالة الضوء الضعيف يظل هناك احتمال كافٍ لبعض تلك الفوتونات أن تقوم بتمرير طاقتها إلى بعض الإلكترونات لكي تنبعث من السطح المعدني. للمزيد: https://braheen.com/publications/فيزياء-الكوانتم-حقيقة-أم-خيال — المصدر: منشور على صفحة «مركز براهين» في فيسبوك