>>NFS>>Verdens Fysikk�r 2005

Verdens Fysikk�r 2005

Albert Einstein - fotoelektrisk effekt

I det 20. �rhundre er det to ideer i fysikk som st�r frem som revolusjonerende: relativitetsteorien og kvanteteorien. Selv om Albert Einstein er best kjent for sin relativitetsteori, spilte han ogs� en viktig rolle for utviklingen av kvanteteorien. Det var nettopp hans bidrag til kvanteteorien, hans forklaring av det vi kjenner som fotoelektrisk effekt, som gjorde at han i 1921 ble tildelt Nobelprisen i fysikk.

N�r lys skinner p� en metallbit, vil det oppst� en liten elektrisk str�m i metallet. Dette fenomenet kalles fotoelektrisk effekt. Energien lyset har overf�res til elektronene i atomene som metallet best�r av, slik at de kan bevege seg og dermed gi en ekektrisk str�m. Lys med ulik farge p�virker ikke metallet p� samme m�te. Uansett hvor sterkt r�dt lys du har, vil det ikke gi noen elektrisk str�m i metallet, mens selv et svakt bl�tt lys vil gi en str�m. Problemet var at disse resultatene ikke kunne forklares hvis lys bare ses p� som b�lger. B�lger kan ha alle mulige energier - store b�lger har mye energi, mens sm� b�lger har liten energi. Hvis lys var b�lger, ville lysstyrken p�virke energien - jo sterkere lys, jo st�rre b�lge og f�lgelig st�rre energi. Lys med ulike farger defineres av energien de har. Om alle ting ellers er likt, har bl�tt lys mer energi enn r�dt lys med gult lys et sted i mellom. Dette betyr at om lys er b�lger, vil et svakt bl�tt lys ha samme energi som et sterkt r�dt lys. Hvis det var tilfellet, hvorfor vil ikke et sterkt r�dt lys gi en elektrisk str�m i metallet slikt et svakt bl�tt lys gir? Einstein inns� at det eneste m�ten � forklare den fotoelektriske effekten p�, var � si at i stedet for � se p� lys som en b�lge, som var det vanlige, besto lys av sm� energipakker kalt fotoner som oppf�rer seg som partikler. Einstein var ikke den f�rste som hadde ideen om fotoner, men han var den f�rste som hadde det som utgangspunkt for en forklaring og ikke som en passende unnskyldning for � forklare bort merkelige resultater.

Ved � se p� lys som fotoner, viste Einstein at r�dt lys ikke kan l�srive elektroner i metallet fordi fotonene ikke har tilstrekkelig energi - sammenst�tet er rett og slett ikke stort nok til � l�srive elektronene fra atomene. Bl�tt lys derimot kan l�srive elektroner fordi det best�r av fotoner med st�rre energi enn hva r�dt lys gj�r. Fotoner i ultrafiolett lys, som har enda st�rre energi, vil gi elektronene nok energi til at de unnslipper helt fra metallet. En god sammenligning er � tenke p� en full parkeringsplass med biler og noen sv�rt d�rlige sj�f�rer. Vi kan tenke oss at en bil er parkert p� en spesiell plass hvor ogs� andre sj�f�rer �nsker � parkere sin bil. For � f� den spesielle plassen, m� de dytte den allerede parkerte bilen bort fra plassen, men de f�r kun muligheten til � fors�ke et dytt. En liten r�d Ford Think vil ikke ha nok energi til � dytte bort bilen, men en st�rre bl� Van vil klare det. Om en stor lilla trailer pr�ver seg, vil den antagelig dytte bort bilen med en slik kraft at den sannsynligvis beveger seg langt nok til � treffe noe annet. Hvis vi returnerer til fotonene og elektronene igjen, vil det aldri v�re snakk om et enkelt fotoen om gangen. Et sterkt lys best�r av mange fotoner, men det spiller ingen rolle hvor sterkt lyset er; r�dt lys vil ikke ha nok energi til � dytte l�s et enkelt elektron. Dette er som � ha en parkeringsplass full av sm� r�de Ford Think som hver for seg tilfeldig treffer den parkerte bilen etter tur - det vil bli en del bulker, men den parkerte bilen vil bli v�rende der den er. P� den andre siden vil et svakt bl�tt lys l�srive elektroner - vi vet at selv en eneste bl� Van vil klare � flytte den parkerte bilen.

Einsteins forklaring av fotoelektrisk effekt var starten p� et skred av oppdagelser som skulle f�re til hva vi kjenner som kvanteteorien. I denne teorien ses ikke lys p� som enten en partikkel eller en b�lge, lys kan v�re begge deler avhengig av hvordan det m�les. Senere har det blitt oppdaget at elektroner og andre partikler ikke bare har det vi vanligvis tenker p� som partikkelnatur, men ogs� kan ses p� som b�lger.