ДИАЛЕКТИЧЕСКОЕ ЕДИНСТВО КОРПУСКУЛЯРНЫХ И ВОЛНОВЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Рассмотренные в этой главе явления - излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона - служат доказательством квантовых (корпускулярных) представлений о свете как о потоке фотонов. С другой стороны, такие явления, как интерференция, дифракция и поляризация света, убедительно подтверждают волновую (электромагнитную) природу света. Наконец, давление и преломление света объясняются как волновой, так и квантовой теориями. Таким образом, электромагнитное излучение обнаруживает удивительное единство, казалось бы, взаимоисключающих свойств - непрерывных (волны) и дискретных (фотоны), которые взаимно дополняют друг друга.

Основные уравнения, связывающие корпускулярные свойства электромагнитного излучения (энергия и импульс фотона) с волновыми свойствами (частота или длина волны):

Более детальное рассмотрение оптиче­ских явлений приводит к выводу, что свойства непрерывности, характерные для электромагнитного поля световой волны, не следует противопоставлять свойствам дискретности, характерным для фотонов. Свет, обладая одновременно корпускулярными и волновыми свойствами, обнаруживает определенные закономерности в их проявлении. Так, волновые свойства света проявляются в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, а корпускулярные - в процессах взаимодействия света с веществом. Чем больше длина волны, тем меньше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются квантовые свойства света (с этим связано, например, существование «красной границы» фотоэффекта). Наоборот, чем меньше длина волны, тем больше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются волновые свойства света (например, волновые свойства (дифракция) рентгеновского излучения обнаружены лишь после применения в качестве дифракционной решетки кристаллов).

Взаимосвязь между двойственными корпускулярно-волновыми свойствами света можно объяснить, если использовать, как это делает квантовая оптика, статистический подход к рассмотрению закономерностей распространения света. Например, дифракция света на щели состоит в том, что при прохождении света через щель происходит перераспределение фотонов в пространстве. Так как вероятность попадания фотонов в различные точки экрана неодинакова, то и возникает дифракционная картина. Освещенность экрана пропорциональна вероятности попадания фотонов на единицу площади экрана. С другой стороны, по волновой теории, освещенность пропорциональна квадрату амплитуды световой волны в той же точке экрана. Следовательно, квадрат амплитуды световой волны в данной точке пространства является мерой вероятности по­падания фотонов в данную точку.

 

• Контрольні питання

Чим відрізняється сіре тіло від чорного?

У чому полягає фізичний зміст універсальної функції Кірхгофа?

Як і у скільки разів зміниться енергетична світність чорного тіла, якщо його термодінамична температура зменшиться вдвічі?

Як зміститься максимум спектральної щільності енергетичної світності чорного тіла з підвищенням температури?

Використовуючи формулу Планка, знайдіть постійну Стефана-Больцмана.

За яких умов з формули Планка виходять закон Вина і формула Релея-Джинса?

Чи може золота платівка служити фотосопротівленіем?

Як при заданій частоті світла зміниться фототок насичення із зменшенням освітленості катода?

Як з дослідів по фотоефекту визначається постійна Планка?

Як за допомогою рівняння Ейнштейна пояснити I і II закони фотоефекту?

Намалюйте і поясніть вольт- амперні характеристики, що відповідають двом різним освітленість катода (при заданій частоті світла) і двом різним частотам (при заданої освітленості).

Який тиск світла на дзеркальну і зачорнену поверхні?

У чому полягає діалектична єдність корпускулярних і хвильових властивостей електромагнітного випромінювання?