|
|
|
|
|
Глава 6. Фотоэффект
§ 41. Фотоны и электромагнитные волныКорпускулярно-волновой дуализм1. Явления, открытые физиками на рубеже XX в., привели к представлению о свете как о потоке особого рода частиц — фотонов. Однако целый ряд оптических явлений, таких как интерференция и дифракция, неопровержимо свидетельствуют о волновых свойствах света. Естественно возникает вопрос: что же такое свет (как и любое другое электромагнитное излучение)? Какова его природа? Что это на самом деле — поток фотонов или электромагнитная волна? Электромагнитное излучение, в том числе и свет, — это объективная реальность, проявляющаяся в тех или иных явлениях. Любые явления могут описываться разными моделями и, следовательно, разными теориями. Квантовые и волновые свойства света и описывающие их теории не исключают, а взаимно дополняют друг друга. Доказательство ошибочности противопоставления волновых и квантовых свойств света явилось одним из наиболее значительных достижений физики XX в. Возникшее представление о корпускулярно-волновом дуализме света привело вскоре к установлению двойственных корпускулярно-волновых свойств и у частиц вещества, в частности у электронов. В 1924 г. французский учёный Луи де Бройль (1892—1987) высказал предположение о том, что все материальные объекты обладают корпускулярноволновым дуализмом свойств. Длину волны частицы вещества (длина волны де Бройля) можно вычислить по формуле
В экспериментах были обнаружены дифракция и интерференция электронов. На рисунке 137 приведена фотография дифракционной картины, полученная в 1927 г. при дифракции электронов на тонкой металлической плёнке. На фотопластине, помещённой за плёнкой, наблюдаются чередующиеся светлые и тёмные кольца. Светлые кольца соответствуют максимальному числу электронов в данной области пространства, в тёмных кольцах электроны отсутствуют. В результате было установлено, что корпускулярно-волновой дуализм — это общее свойство материи, которым обладают любые материальные объекты.
В проявлении двойственности свойств электромагнитного излучения есть одна очень важная и интересная закономерность: чем больше частота излучения, тем отчётливее проявляются квантовые свойства, и наоборот, чем меньше частота, тем очевиднее проявляются волновые свойства. Давление света2. Согласно квантовым представлениям, фотоны, взаимодействуя с веществом подобно потоку частиц, действуют на него и оказывают определённое давление. Давление света впервые было экспериментально обнаружено и измерено выдающимся русским физиком Петром Николаевичем Лебедевым (1866—1912) в 1900 г. Им был сконструирован уникальный прибор, с помощью которого можно измерить очень малое значение давления света. Например, в яркий солнечный день свет оказывает давление порядка 10-8 Па.
|
|
|