Квантова теорія світла

У 1900 році німецький фізик М. Планк, вивчаючи природу випромінювання нагрітих тіл висловив припущення, що енергія випромінюється та поглинається не безперервно, а дискретно, певними порціями – квантами, пропорційно частоті коливань. Тобто перехід від одного енергетичного стану до найближчого іншого супроводжується випромінюванням або поглинанням квантів енергії.

Величин кванта енергії обчислюється за формулою (рівняння Планка)

Е = h n,

де Е – кількість енергії з частотою коливань n, а h – константа пропорційності, або стала Планка (універсальна фізична стала), що дорівнює 6,626^.10^–34 Дж^.с. Енергія кванта тим більше, чим більше частота коливань або чим менше довжина хвилі (n = c/l, l – довжина хвилі).

Постулат Планка був обгрунтований А. Ейнштейном у 1905 році, який виходячи з дослідження явища фотоефекту (здатність металів випромінювати електрони під дією світла) дійшов висновку, що електромагнітна енергія існує лише у формі квантів і випромінювання є потоком неподільних матеріальних частинок фотонів, енергія яких і визначається за рівнянням Планка.

З погляду класичної механіки обертання електрона з масою m навколо ядра визначається моментом кількості руху р.

р = mrv,

де r – радіус кола обертання, v – швидкість руху електрона, причому r i v можуть змінюватись як завгодно довго і безперервно.

Згідно з квантовою механікою, енергія електрона, що рухається, може змінюватись тільки квантами. Це означає, що величини r i v, від яких залежить величини Е і р, можуть змінюватися тільки стрибкоподібно, згідно з рівнянням

р = (h /2p)^· n,

де n = 1,2,3..., тобто будь-яке позитивне ціле число.