КОРПУСКУЛЯРНО-ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ СВІТЛА

ОПТИКА І КВАНТОВА ФІЗИКА

РОЗДІЛ. 4 Хвильова і квантова оптика

§ 42. КОРПУСКУЛЯРНО-ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ СВІТЛА

Такі явища, як відбивання, заломлення, інтерференція, дифракція і поляризація світла, з великою переконливістю свідчать, що світло має хвильові властивості. Разом з тим, ряд інших явищ – стійкість атома, розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла, лінійчасті спектри атомів, люмінесценція, фотоефект тощо – переконують нас у тому, що світлом є потік фотонів. Так що ж насправді є світлом: потік електромагнітних хвиль

чи потік фотонів?

Якщо світло – це тільки сукупність електромагнітних хвиль, то абсолютно неможливо пояснити явища фотоефекту і люмінесценції, лінійчасті спектри та інші факти. Проте всі ці явища стають абсолютно зрозумілими і легко з’ясовними, якщо відмовитися від хвильової точки зору і вважати, що світло – це потік фотонів. Але в цьому випадку нез’ясовними стають явища інтерференції, дифракції і поляризації світла.

Аналізуючи всю сукупність відомих нам властивостей світла, можна

зробити єдино можливий висновок: світло одночасно має і властивості хвиль, і властивості частинок. Абсолютно неможливо протиставити хвильові властивості світла його квантовим властивостям або, навпаки, пояснювати всі оптичні явища, виходячи тільки з однієї – хвильової або квантової – точки зору. Всяка спроба віддати перевагу хвильовій або квантовій точці зору неминуче призводить до непереборних суперечностей з експериментально встановленими фактами. Світло одночасно має і хвильові, і квантові властивості. При цьому в одних явищах більшою мірою виявляються хвильові властивості світла, а в інших – квантові.

Світлові частинки – фотони – одночасно мають і властивості хвиль, і властивості частинок.

Фотон одночасно є і частинкою, і хвилею, тобто частинкою-хвилею, і об’єднує властивості обох.

Математично цей факт виражається знаменитою формулою Планка. З цієї формули видно, що, коли довжина хвилі електромагнітного випромінювання велика, відповідні їй кванти настільки малі, що їх неможливо виявити на досліді. У міру зменшення довжини хвилі випромінювання хвильові властивості поступово ослаблюються, а квантові, навпаки, підсилюються і, нарешті, при вивченні рентгенівських і гамма-променів стають переважаючими. У певному інтервалі частот (довжин хвиль) хвильові і корпускулярні властивості випромінювання виявляються в однаковій мірі, і на досліді ми спостерігаємо їх єдність, яка вражає нашу уяву.

Задачі та вправи

Розв’язуємо разом

Для вольфраму червона межа фотоефекту 2,75 – 10-5 см. Визначте роботу виходу електронів з вольфраму і швидкість вириваних фотоелектронів світлом, довжина хвилі якого 1,8 – 10-5 см.

Розв’язання

Рівняння Ейнштейна для червоної межі фотоефекту можна записати так:

Hvn = А.

Звідси визначимо роботу виходу електрона з вольфраму:

 КОРПУСКУЛЯРНО ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ СВІТЛА

Підставляючи значення величин, отримаємо А = 7,2 – 10 19 Дж.

Тепер запишемо рівняння Ейнштейна для довжини хвилі λ= 1,8 – 10 -7 м:

 КОРПУСКУЛЯРНО ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ СВІТЛА

Знаючи кінетичну енергію електрона, визначимо швидкість його вильоту:

 КОРПУСКУЛЯРНО ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ СВІТЛА

Підставивши значення відомих фізичних величин, отримаємо

V = 0,91 – 106 м/с.




КОРПУСКУЛЯРНО-ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ СВІТЛА