La lumière a longtemps été considérée comme une vague, présentant le phénomène d'interférence dans lequel des ondulations comme celles des ondes d'eau sont générées sous des interactions spécifiques. La lumière se plie également autour des coins, entraînant des effets de franges, ce qui est appelé diffraction. L'énergie de la lumière est associée à son intensité et est proportionnelle au carré de l'amplitude du champ électrique, mais dans l'effet photoélectrique, l'énergie des électrons émises est proportionnelle à la fréquence du rayonnement.
Cette observation a été faite pour la première fois par Philipp Lenard, qui a fait un travail initial sur l'effet photoélectrique. Afin d'expliquer cela, en 1905, Einstein a suggéré Annalen der Physik Cette lumière comprend des paquets d'énergie quantifiés, qui sont devenus des photons. Il a conduit à la théorie de la double nature de la lumière, selon laquelle la lumière peut se comporter comme une onde ou une particule selon ses interactions, ouvrant la voie à la naissance de la mécanique quantique.
Bien que le travail d'Einstein sur les photons ait trouvé une acceptation plus large, ce qui a finalement conduit à son prix Nobel de physique, Einstein n'était pas entièrement convaincu. Il a écrit dans une lettre de 1951: « Les 50 années de couvaison consciente ne m'ont pas rapproché de la réponse à la question: qu'est-ce que Light Quanta? »
Un nouveau focus sur la lumière
Dans un travail récent publié dans le Annales de physiqueJ'ai montré que l'interprétation de la lumière comme des paquets d'énergie ou de particules quantifiés est le résultat d'un type de phénomène plus subtil, qui est associé à la quantification du flux magnétique.
Le travail illustre que l'aspect fondamental du couplage entre l'énergie de la lumière dans les électrons peut être simplement dérivé en utilisant la loi de Faraday de l'induction électromagnétique, où l'énergie d'un électron de charge E dans le domaine du flux magnétique variant J du rayonnement électromagnétique, est EDJ / dt. J'ai en outre montré que sa fréquence ou sa représentation de domaine de phaseur est EJW, où W est la fréquence angulaire du rayonnement.
Albert Einstein, en 1905, a présenté l'idée révolutionnaire de la lumière d'énergie légère qui équivaut à ħw, où ħ est réduit la constante de Planck. Il existe de nombreuses preuves expérimentales sur la quantification du flux magnétique des boucles supraconductrices au gaz électronique bidimensionnel, qui est observé dans l'effet de la salle quantique.
J'ai poursuivi une approche par l'électromagnétisme classique pour dériver l'expression de l'énergie EJW, ce qui est égal au concept d'Einstein de quant ou de photons légers. J'ai en outre soutenu que l'énergie d'un électron peut être discrète et que les mesures de ces niveaux d'énergie discrètes peuvent donner l'apparence de la nature de la lumière en forme de particules.
La mécanique quantique peut expliquer et récupérer les résultats classiques sous certaines approximations spécifiques. Cependant, la dérivation des résultats mécaniques quantiques strictement de l'hypothèse classique n'est généralement pas possible en raison de différences fondamentales dans leurs cadres. Je pense que mon travail comble un écart majeur dans notre compréhension de la nature de la lumière.
J'ai concentré l'attention sur la nature quantifiée du flux magnétique. J'ai également montré que le concept de photons apparaît comme une conséquence naturelle de la quantification du flux magnétique contre le cadre de l'électromagnétisme classique.
L'œuvre est partiellement dérivée d'une étude antérieure publiée pour la première fois dans Lettres d'examen physique En 2015, où nous avons soutenu que le rayonnement est le résultat de la symétrie brisée du champ électromagnétique.
Des lacunes historiques et la route à venir
Max Planck ne croyait pas aux électrons et il n'a pas considéré le travail de Lorentz et Thomson (Nobel Lecture, 1922), mais il était au courant des expériences électroniques basées sur l'oscillateur par Hertz. Il a fait avancer l'idée d'oscillateurs atomiques quantifiés avec de l'énergie ħW en 1901, qui a été utilisé par Einstein dans sa théorie des photons basée sur l'heuristique en 1905, qui a été publiée dans Annalen der Physik.
Bruce Wheaton, un historien des sciences réputé, écrit dans la revue Études historiques en sciences physiques« La pensée allemande des années 1890 mettant l'accent sur l'explication éthérée de la charge électrique que sur l'interprétation des matériaux … Les expériences de Millikan n'ont pas provoqué l'acceptation de la lumière légère. Au cours de cette période (1913–1923), il n'y avait tout simplement aucune explication convaincante de l'effet photoélectrique. À sa fin, la lumière a été rétractée acceptée pour relâcher ce qui est devenu un État intime. »
L'article a une importance particulière pour la recherche dans le domaine de l'énergie, car nous comprenons maintenant que les cellules solaires ainsi que les générateurs électromagnétiques travaillent sur la même loi physique. Un objectif particulier de l'article est sur le fait que le tissu des équations de Maxwell permet la quantification des charges. Lorsque Thomson a découvert des électrons, il a été prouvé que le flux électrique est quantifié. La quantification du flux magnétique a été découverte dans les années 1960, mais son étude est restée confinée aux boucles supraconductrices.
Un certain nombre d'universitaires de premier plan ayant une formation en mécanique quantique ont offert des commentaires sur le document.
Lawrence Horowitz, professeur émérite de physique à l'Université de Tel Aviv, a déclaré: « Cet article est en effet une contribution précieuse à la théorie des photons et des électrons; un complément important au livre de Jauch et Rohrlich, en particulier sur les aspects classiques de la théorie. »
Stevan Verral, qui a récemment pris sa retraite du Département de physique de l'Université du Wisconsin La Crosse, a déclaré: « Le Dr Sinha fournit une nouvelle approche semi-classique pour modéliser les systèmes quantiques. Je pense également que l'approche unique de Dhiraj Sinha peut finalement ajouter des informations précieuses au développement continu des théories de champ efficaces semi-classiques dans la physique de l'énergie. »
Dans une note personnelle à l'auteur, un physicien de premier plan de l'Université de Bristol, au Royaume-Uni, a commenté: « Vous voulez utiliser la quantification du flux pour dériver la mécanique quantique, plutôt que de dériver la quantification du flux de la mécanique quantique. Vous avez probablement raison, car avec toute théorie physique, il y a la liberté de définir ce qui est fondamental et ce qui est dérivé. »
Il a en outre ajouté: « Nous avons appris d'Einstein que les équations de Maxwell étaient relativistes (c'est-à-dire invariantes sous la transformation de Lorentz) 40 ans avant la relativité. Maintenant, nous savons qu'ils étaient déjà quantiques, 60 ans avant la mécanique quantique! Je trouve cela incroyable. »
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