Teori Fisiki o le Fa'asalalauina o le Tino Uliuli
O le fa'asalalauina o le tino uliuli o se la'asaga taua i le talafaasolopito o le fisiki fa'aonaponei. Mai se fesili faigofie e foliga mai—pe fa'apefea ona fa'asalalauina e se mea le malamalama pe a fa'avevela—na tula'i mai ai se suiga tele i le va'aiga: na le mafai e le fisiki masani ona fa'amatalaina nisi o mea tutupu, ma mai lena toilalo, na tula'i mai ai le fisiki kuantum. O le a'oa'oga o le fa'asalalauina o le tino uliuli e le gata ina fa'amatalaina le fusi o le malamalama e fa'asalalauina e mea vevela, ae fa'apea fo'i ona avea ma fa'avae mo lo tatou malamalama i le malosi, le vevela, ma meatotino autu o mea.
O le ā le Tino Uliuli?
O le faaupuga "tino uliuli" e faasino i se mea e mitiia uma ai le eletise e ulufale mai e aunoa ma le toe atagia mai o se mea. Talu ai e mitiia uma ai le malamalama, o lea ituaiga mea o le a foliga uliuli i le vevela maualalo (e pei o le vevela o le potu). Peitai, a fa'avevela, o le a fa'asalalauina e se tino uliuli le vevela malosi—e amata mai i le infrared i le malamalama vaaia—e fuafua i lona vevela.
I le fa'atinoina, e leai se tino uliuli lelei atoatoa, ae e tele mea e mafai ona fa'atusa i ai. O se fa'ata'ita'iga lauiloa o se "ava" e iai se pu la'ititi. O le radiation e ulufale atu i le pu o le a fe'avea'i solo i le avanoa i le tele o taimi ma e toetoe lava a mautinoa o le a mitiia e puipui, o lea e galue ai le avanoa o se mea e mitiia atoatoa. O le radiation e alu ese mai le pu e iai ona uiga e matua latalata lava i se tino uliuli lelei atoatoa.
Fa'asalalauina o le Vevela ma le Spectrum
A fa'avevela se mea, e tetete ona atomu ma molela'au ma fa'aola fa'aeletise, ma fa'atelevaveina ai, ma fa'asalalauina ai galu eletise. O le tufatufaina atu o lenei malosiaga fa'asalalau e le tutusa mo galu uma. Afai tatou te fa'ata'atia le malosi o le fa'asalalauina e fa'asaga i le galu (po'o le televave), tatou te maua ai le fusi o le fa'asalalauina o le tino uliuli.
O uiga autū o le fusi o le tino uliuli e aofia ai:
1. E iai le malosi tele i se galu faapitoa.
2. E suia le tumutumu i ni galu pupuu a'o fa'ateleina le vevela (e sili atu ona "lanumoana-pa'epa'e" le mea faitino).
3. E fa'ateleina tele le aofa'i o le malosiaga o le susulu pe a si'itia le vevela.
E manino lava le vaaia o lenei mea i le uʻamea ua vevela: muamua e mumu vaivai, ona mumu susulu lea, samasama, seia toetoe lava a paʻepaʻe.
O Le Fa'afitauli Tele o le Fisiki Fa'a-Klasi: O Le "Fa'alavelave Fa'afuase'i o le Ultraviolet"
I le faaiuga o le seneturi lona 19, na taumafai ai le au fisiki e faamatala le fusi o le tino uliuli e faaaoga ai le aʻoaʻoga masani, aemaise lava le electromagnetism a Maxwell ma le mekanika faʻamaumauga masani. E lua auala taua na tulaʻi mai:
1. O le tulafono a Rayleigh–Jeans (mo taimi maualalo / umi o galu) e valoia ai o le malosi o le faʻasalalauina o le radiation e faʻateleina pe a faʻatafafa le taimi:
– I le tulaga lelei, e talafeagai lenei aʻoaʻoga mo galu uumi (infrared mamao).
– Peita’i, i taimi maualuluga (ultraviolet), o lenei tulafono e valoia ai le malosiaga e le gata—o se taunuuga valea e ta’ua o le malaia o le ultraviolet.
2. O le tulafono a Wien (mo fua fa'atatau maualuluga / fua fa'atatau pupuu) e lelei tele i le vaega o le ultraviolet, ae e le manuia i fua fa'atatau maualalo.
O lona uiga e le mafai e le fisiki masani ona gaosia se fua fa'atatau e tasi e fetaui ma le fusi atoa. E le na'o se fa'aletonu la'ititi lea, ae o se fa'ailoga e le'i malamalama i ai se mea taua.
Fouvalega a Planck: Malosiaga Fa'atatauina
I le 1900, na maua ai e Max Planck se auala e fa'afetaui ai fa'amaumauga o le spectral o le blackbody ma le sa'o lelei. Na ia fautuaina se manatu mata'ina: o le malosi e le fa'asalalauina pe mitiia pea, ae o lo'o i totonu o ni "packets" tu'ufua e ta'ua o le quanta. Na ta'ua e Planck e na'o le malosi e mafai ona i ai i se oscillator (o se fa'ata'ita'iga o vibrations i luga o puipui o se lua):
\[
E = nhf
\]
faatasi ai ma:
– \(E\) = malosi,
– \(n\) = aofa'i atoa (0, 1, 2, …),
– \(h\) = tumau a Planck,
– \(f\) = televave o le fa'asalalauina o le la.
O lenei manatu na soloia ai le talitonuga masani o le faʻaauauina o le malosi. Faatasi ai ma lenei talitonuga o le faʻatusatusaga o le malosi, na maua ai e Planck le Tulafono a Planck mo le fusi o le faʻasalalauga o le tino uliuli, lea e ogatusa ma taunuuga o faʻataʻitaʻiga mo galu uma.
I le fa'avae autū, o le tulafono a Planck e fa'apea i taimi maualuluga, o le avanoa e lava ai le malosi o se oscillator e pa'ū tele, ma taofia ai le malosi o le ultraviolet mai le "pā" i le le gata. O se fofo matagofie lea e fa'aumatia ai le malaia o le ultraviolet.
A'afiaga: Tulafono Taua e Lua o le Fa'asalalauina o le Tino Uliuli
Mai le aʻoaʻoga o le faʻasalalauina o le tino uliuli, na aliaʻe mai ai ni tulafono aoga tele, e lua o ia tulafono e sili ona taʻutaʻua:
1. Tulafono o le Fesiitaiga a Wien
O lenei tulafono o loʻo faʻapea mai o le tumutumuga o le galu (\(\lambda_{\text{max}}\)) e faʻatusatusa faʻafeagai i le vevela \(T\):
\[
\lambda_{\text{max}} T = b
\]
lea o le \(b\) o le Wien's constant. O lona uiga o le maualuga o le vevela o se mea, o le tumutumu o le spectrum e suia i ni galu pupuu. Talu ai o galu pupuu e fesoʻotaʻi ma le malamalama lanumoana/violet, o mea vevela tele e foliga mai e lanumoana.
O se faʻataʻitaʻiga o lenei mea e vaaia i fetu: o fetu vevela (e pei o fetu lanumoana) e maualuga lo latou faʻasalalauina o le radiation i galu pupuu nai lo fetu malulu ma mumu.
2. Tulafono a Stefan–Boltzmann
O lenei tulafono o loʻo faʻapea mai ai o le aofaʻi atoa o le malosiaga o le faʻasalalauina i le iunite o le lautele o se tino uliuli e tutusa ma le malosiaga lona fa o le vevela:
\[
j = \sigma T^4
\]
faatasi ai ma:
– \(j\) = mamafa o le malosi o le fa'asalalauina o le radiation (malosi i le iunite taimi i le iunite lautele),
– \(\sigma\) = tumau Stefan–Boltzmann.
O le mana lona fa e matuā malosi ai le aafiaga o le vevela: o sina si'itia itiiti o le vevela e mafua ai ona matuā si'itia le aofa'i o le fa'asalalauina o le vevela. O le mafua'aga lea e fa'asalalauina ai e mea vevela tele le tele o le malosi.
Mai le Tino Uliuli i le Fisiki Kuantum
O le laasaga a Planck na faailogaina ai le amataga o le teoria quantum. E lei pine ae faaaogaina e Einstein le manatu o le quanta e faamatala ai le aafiaga o le photoelectric (1905), ma faalauiloa ai le manatu o le photon. O lenei mea na taitai atu ai i le atinaeina o le teoria atomika a Bohr, mekanika quantum, ma iu ai ina iu ai i le fisiki faaonaponei, lea e lagolagoina ai tekinolosi o aso nei—mai semiconductors i lasers.
E fesoʻotaʻi vavalalata foʻi le faʻasalalauina o le tino uliuli ma le manatu o le paleni faʻavevela. O le Planck spectrum o se spectrum lautele: e faʻalagolago lava i le vevela, ae le o le mea e fai ai. O se tasi lea o mafuaʻaga e avea ai le faʻasalalauina o le tino uliuli ma mataupu taua o suʻesuʻega i le thermodynamics ma fuainumera.
Fa'aoga i le Saienisi ma Tekinolosi
O le talitonuga o le fa'asalalauina o le tino uliuli e le o se talitonuga fa'afa'afa'afa'a. E fa'aaogaina lautele, mo se fa'ata'ita'iga:
– Astrophysics: E fuafua ai le vevela o se fetu mai lona fusi o le malamalama. E tele fetu e fa'atatau i amioga a le tagata uli.
– Mea pu'eata vevela ma le infrared: Fa'alagolago i le fa'avevela o le vevela e fa'asalalauina e mea, ona liua lea i se ata o le vevela.
– Saienisi o le tau: E fa'asalalauina e le Lalolagi le averesi o le infrared e pei o se tino vevela e iai se vevela fa'apitoa; e taua tele lenei manatu i le fa'ata'ita'iina o le aafiaga o le greenhouse.
– Alamanuia: Fuaina o le vevela e lē fesoota’i (pyrometer) e fa’aaoga ai le mataupu faavae o le fa’asalalauina o le la o le tino uliuli.
Fa'ato'a
O le aʻoaʻoga faaletino o le faʻasalalauina o le tino uliuli na faʻaalia ai le auala e mafai ai e mataʻituina faʻataʻitaʻiga ma le faʻaeteete ona luluina faʻavae o aʻoaʻoga ua faʻavaeina. O le toilalo o le fisiki masani e faʻamatalaina le fusi o le faʻasalalauina na saunia ai le ala mo Max Planck e faʻalauiloa ai le faʻatusatusaga o le malosi—o se manatu na foliga mai i le taimi muamua o se togafiti faʻamatematika, ae na iʻu ina faʻamatalaina ai le moni o le natura i le fua faʻamikroskopi. O lenei mea na fanau mai ai le fisiki kuantum.
O le fa'asalalauina o le tino uli e lē na'o le "malamalama mai se mea vevela," ae o se fa'amalama e malamalama ai i le sootaga i le va o le malosi, le vevela, ma le fausaga o le atulaulau. I le su'esu'eina, tatou te va'aia ai le auala e tu'ufa'atasia ai a'oa'oga, fa'ata'ita'iga, ma le matematika e fa'aalia ai tulafono sili ona taua o le natura.
