double arrow

Квантовые свойства света

В 1887 г. один из основоположников электродинамики Г. Герц при освещении цинковой пластины, соединенной со стержнем электрометра, обнаружил явление фотоэлектрического эффекта, который заключается в том, что с поверхности металлической пластины под действием света вырываются отрицательно заряженные частицы. Позденее было доказано, что заряженными частицами являются электроны. Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения называется фотоэффектом. Закономерности фотоэффекта были установлены экспериментально в 1888–1889 гг. русским физиком А.Г. Столетовым (1839–1896). Попытка объяснить их в рамках электромагнитной теории света Максвелла не удалась.

Электромагнитная теория Максвелла и электронная теория Лоренца несмотря на огромные успехи были несколько противоречивы и при их применении возникали затруднения. Обе теории основывались на гипотезе об эфире, только «упругий эфир» был заменен «эфиром электромагнитным» (теория Максвелла) или «неподвижным эфиром» (теория Лоренца). Теория Максвелла не смогла объяснить не только фотоэффект, но и процессы испускания и поглощения света, комптоновского рассеяния и т. д. Теория Лоренца в свою очередь оказалось несостоятельной в объяснии многие явления, связанные с взаимодействием света с веществом, распределение энергии по длинам волн при тепловом излучении абсолютно черного тела и др.

Перечисленные затруднения и противоречия были преодолены благодаря смелой гипотезе, высказанной в 1900 г. немецким физиком М. Планком (1858–1947), согласно которой излучение света происходит не непрерывно, а дискретно, т. е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой :

E=h ,

где h – постоянная Планка.

Теория Планка не нуждалась в понятии об эфире и она объяснила тепловое излучение абсолютно черного тела.

А. Эйнштейн в 1905 г. обосновал квантовую природу света: не только излучение света, но и его распространение происходят в виде потока световых квантов – фотонов, энергия которых определяется приведенной выше формулой Планка, а импульс

где, с – скорость света, – длина волны.

Наиболее полно квантовые свойства электромагнитных волн проявляются в эффекте Комптона: при рассеянии монохроматического рентгеновского излучения веществом с легкими атомами в составе рассеянного излучения наряду с излучением, характеризующимся первоначальной длиной волны, наблюдается излучение с более длинной волной.

Квантовые представления о свете согласуются с законами излучения и поглощения света, законами взаимодействия излучения с веществом. Такие оптические явления, как интерференция, дифракция и поляризация света, хорошо объясняются в рамках волновых представлений. Все многообразие изученных свойств и законов распространения света, его взаимодействия с веществом показывает, что свет имеет сложную природу: он представляет собой единство противоположных свойств – корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного). Длительный путь развития привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно-волновой природе света. Приведенные выше выражения связывают корпускулярные характеристики излучения – энергию и импульс кванта – с волновыми – частотой и длиной волны. Таким образом, свет представляет собой единство дискретности и непрерывности.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается основная задача физики?

2. Назовите основные этапы развития физики.

3. В чем сущность концепции атомизма? Кто ее впервые предложил?

4. Кто и когда открыл электрон?

5. Что такое универсальность физических законов?

6. Назовите основные виды фундаментальных взаимодействий и охарактеризуйте их.

7. Назовите основные структурные преобразования в макро-, микро- и мегамире.

8. Сформулируйте принцип тождественности.

9. Охарактеризуйте кратко проблему создания единой фундаментальной теории.

10. Какие виды материи различают в современном представлении?

11. Сформулируйте закон всемирного тяготения.

12. В чем заключается релятивистское и гравитационное замедление времени?

13. Сформулируйте принцип относительности в современном представлении.

14. Сформулируйте постулаты специальной теории относительности.

15. Из каких свойств пространства и времени следуют законы сохранения?

16. В чем сущность классической концепции Ньютона?

17. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетических представлений.

18. Сформулируйте первое начало термодинамики.

19. Охарактеризуйте кратко суть невозможности создания вечного двигателя второго рода.

20. Дайте количественную формулировку второго начала термодинамики.

21. В чем заключается сущность проблемы тепловой смерти Вселенной?

22. В чем сущность концепций дальнодействия и близкодействия?

23. В соответствии с квантовой теорией поле дискретно или непрерывно?

24. Кто и когда создал электромагнитную теорию поля?

25. Охарактеризуйте кратко историю развития представлений о свете.

26. В чем проявляются волновые свойства света?

27. Напишите формулу, подтверждающую волновую и квантовую теорию света.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: