המודל החלקיקי של האור

הצדקת המודל החלקיקי

בפרק הקודם הכרנו את המודל החלקיקי של האור, כפי שניוטון הגדיר אותו. ראינו כיצד ניתן להסביר בעזרת המודל החלקיקי תופעות בסיסיות שנצפו בתופעת האור כמו: החזרה, שבירה ונפיצה. בפרק זה נמשיך בבדיקה של נכונות המודל החלקיקי של האור בהקשר של אי-התאמתה של ההתנהגות הנצפית ממנו לעומת ההתנהגות שהיה ניתן לצפות מזרם חלקיקים אופייני כלשהו.

מבחן ראשון בו היה על המודל החלקיקי של האור להתעמת עם אי-התאמה של התנהגותו לעומת התנהגות של זרם חלקיקים אופייני הוא המקרה של השפעת כוח-הכבידה של כדור-הארץ על מסלול התנועה של חלקיקים. כפי שידוע מהמכאניקה הקלאסית אם נירה על פני כדור-הארץ רצף של גולות הם ינועו תחילה בקו ישר, אך די מהר כוח הכבידה יטה את תנועתם לעבר מרכז כדור-הארץ ויגרום להם לנוע במסלול פרבולי מטה.

לעומת זאת, קרן אור היוצאת מזרקור חזק לעולם תראה נעה בקו ישר. ההסבר הניתן לכך הוא שחלקיקי האור הם כה מהירים בתנועתם, כך שהשפעת כוח-הכבידה של כדור-הארץ עליהם לא מספיקה לבוא לידי ביטוי עליהם ולכן לא מוחשית במציאות. אם החלקיקים המהווים את קרן האור מתקדמים במהירות של כ- 300,000 מטר לשנייה, אז הרי שבאותה שנייה יסיט אותם כוח הכבידה מטה בנפילה של כ- 5•10^-12 מטר בלבד (0.000005 ננומטר).

זריקה אופקית

מבחן נוסף בו היה על המודל החלקיקי של האור להתעמת עם אי-התאמה של התנהגותו לעומת התנהגות של זרם חלקיקים אופייני דמיוני הוא המקרה של הצטלבות של שני קרני אור זו בזו. במקרה של הצטלבות בין שני מטחי גולות יהיו מקרים בהם גולה ממטח אחד תתנגש בגולה מהמטח האחר. תוצאת התנגשות זו תביא לסטיית שתי הגולות ממסלוליהן מתוך נקודת החיתוך שביניהן. ככל שצפיפות הגולות גדולה יותר, כך ההסתברות לקבלת התנגשות גבוהה יותר ונקבל יותר מקרים של העפת גולות מתוך אזור נקודת החיתוך של שני המסלולים.

כפי שידוע, במקרה של הצטלבות של שני קרני אור לא נצפים אף נתזי אור העפים החוצה לכל עבר, אף לא פעם אחת. המודל החלקיקי מסביר את העובדה שאין נתזי אור בכך שהחלקיקים הם כה קטנים פיזית, כך שגודלם קטן מאוד לעומת המרחק ביניהם בתוך קרן האור עצמה. כך הסיכוי לקבלת התנגשות בין שני חלקיקי אור בנקודת ההצטלבות הוא נמוך מאוד. חלקיקי האור הם כנראה מאוד קטנים פיזית, כך שהסיכוי להתנגשות הופך לאפסי ואינו קורה למעשה לעולם.

הצטלבות קרני אור

בנוסף למתן הסבר לתופעות הנוספות הללו שנצפו מודל טוב יודע גם לנבא התנהגות עתידית.

למשל, כאשר זרם של גולות נטיח על משטח הוא מפעיל לחץ פיזי על אותו משטח. באופן דומה, נוכל לנבא שגם קרן אור תפעיל לחץ פיזי על משטח עליו היא מאירה, זאת מכוח פגיעתם של החלקיקים הקטנים המרכיבים אותה. מסתם של אותם חלקיקים היא קטנה מאוד ולכן הלחץ הנוצר מקרן אור הוא כה זעיר וקשה למדידה. רק במאה העשרים ניתן היה לערוך ניסוי במדידת הלחץ שמפעילה קרן אור שכלל אמצעי מדידה שאישש את קיומו ובכך אימת את ניבוי המודל.

הפעלת לחץ מקרן אור

כך נראה שניוטון הצליח לפתח מודל חלקיקי מוצלח לאור תוך מתן הסבר לתופעות הנצפות, מתן תשובות לאי-התאמות עם תופעות דמויי חלקיקיות אחרות ואף יכולת לנבא התנהגות עתידית. אך די היה רק בניסוי אחד כדי להטיל ספק במודל שפותח ולהתחיל לערער את הביטחון בו.

מה היה ניסוי זה וכיצד הוא החל לערער את הביטחון במודל החלקיקי של האור?
על כך מייד בפרק הבא...

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - קרינה וחומר | קרינה וחומר - המודל החלקיקי של האור : תופעת האור | הגדרת המודל החלקיקי | הצדקת המודל החלקיקי | התערערות המודל החלקיקי | סיכום ]