Изучение квантов света

  • 29-10-2017
  • комментариев

В 1900 г. немецкий физик-теоретик Макс Планк, анализируя свои формулы - для области коротких и области длинных волн, нашел способ объединения этих, казалось бы, разных формул в одно выражение, прекрасно согласовывавшееся с экспериментом, проведенным им накануне. Это, естественно, не решало проблемы, но по крайней мере стало известно, какой должен быть результат.

В этом же году Планк всесторонне проанализировал это выражение и доказал, что на основе известных в то время законов физики получить его невозможно. В такой ситуации возникла необходимость пересмотреть все установившиеся классические основы физики. Планк не подверг сомнению ни волнового характера света, ни его электромагнитной природы, а сосредоточил все внимание на процессе обмена энергией между телом и излучением. В последнем месяце того же 1900 г. Планк выработал новую теорию излучения абсолютно черного тела, основанную на совершенно иных началах.

Он принял, что общий и признанный принцип непрерывности обмена энергией, согласно которому обмен энергией в любых процессах не подчиняется никаким ограничениям, по отношению к взаимодействию света с веществом неверен, что энергия, которую несет свет, может поглощаться и испускаться веществом не непрерывно, а отдельными порциями. 

Эти элементарные, неделимые порции энергии он назвал квантами энергии (от. лат. quantum — количество) и определил их как величину, пропорциональную частоте света, с коэффициентом пропорциональности, являющимся универсальной постоянной, E-hv, где Е - порция энергии (квант); v - частота света; h - 6,63 Дж-с. Эта универсальная постоянная получила название квантовой постоянной или постоянной Планка. Кванты энергии являются чрезвычайно маленькими порциями, и нет ничего удивительного в том, что наблюдать их непосредственно невозможно.

Опираясь на свое предположение, что в условиях, когда полость поглощает в единицу времени столько же лучистой энергии, сколько испускает, Планк получил ту угаданную им раньше формулу, которая правильно описывает спектр абсолютно черного тела.

Теория квантов Планка была принята с большим подозрением. Физиков старшего поколения она шокировала своими исходными принципами, молодое поколение было не удовлетворено ее ограничениями. Через пять лет идею Планка начал разрабатывать Альберт Эйнштейн. Его беспокоили две проблемы: 

 - во-первых, ему казалось, что квантовый характер процессов испускания и поглощения должен быть связан с природой света; 

 - во-вторых, его не устраивало предположение о равновесии излучения со стенками полости. 

Эйнштейн решил обе эти проблемы: первую - в 1905 г., другую - почти на 10 лет позже, доказав попутно существование нового механизма излучения света, на который опирается принцип действия лазеров.

Начнем, однако, по порядку, иначе трудно понять генезис и смысл этого последнего открытия Эйнштейна. Сначала о первой проблеме. в модели фотонов Эйнштейна все объяснялось очень просто. Электроны излучались из металла за счет поглощенных фотонов. 

Во-первых, фотон должен нести порцию энергии, достаточно большую, чтобы ее хватило электрону для того, чтобы покинуть металл; фотоны с низшей энергией (на волновом языке - с низшей частотой) никакого воздействия на электроны оказать не в состоянии. Во-вторых, число испущенных электронов зависит от числа фотонов, или от интенсивности падающего света, и совершенно не зависит от частоты этого света. 

комментариев

Добавить комментарий