Фотоны

Явление фотоэффекта и убедительное его объяснение теорией Эйнштейна привело учёных к пониманию того, что

свет имеет двойственную природу: он обладает как свойствами волн, так и свойствами частиц.

Так в начале 20-го века «почётной ничьей» закончился долгий спор между сторонниками волновой и корпускулярной теорий света: правы были и те, и другие. Природа оказалась настолько изобретательной, что сумела совместить положения этих теорий, казавшихся учёным несовместимыми.

Свойства фотонов

Масса и скорость фотона

Масса фотона равна нулю, и он всегда движется со скоростью света: скажем, от момента излучения одним атомом до момента поглощения другим атомом.

Энергия фотона

Энергия фотона, соответствующего свету частотой ν, определяется формулой Планка:

Е = hν.

Импульс фотона

Как показывают расчёты¹, модуль импульса фотона, соответствующего свету с частотой ν, выражается формулой

Импульс фотона

где с — скорость света.

¹ Эти расчёты выходят за рамки школьного курса.

10. Объясните, почему выражение (6) для модуля импульса фотона можно записать также в виде

Рис.

где λ — длина волны света.

Поскольку фотоны обладают импульсом, свет оказывает давление на поверхность, на которую он падает. Напомним, что давление света впервые измерил российский физик П. Н. Лебедев (§ 15).

11. На полностью поглощающую поверхность площадью 10 м² перпендикулярно поверхности падает излучение мощностью 3 кВт.

а) Чему равна энергия, поглощённая поверхностью за 1 с?

б) Чему равен импульс, переданный светом этой поверхности за 1 с?

в) Чему равна сила давления излучения на поверхность?

г) Чему равно давление света на поверхность?