Корпускулярно-волновая природа излучения

Страница 1

Волновые свойства света были экспериментально установлены ещё в 17-м столетии. О волновой природе света неопровержимо свидетельствуют чисто волновые явления дифракции - огибания небольших пространственных препятствий световой волной, а далее интерференции – возникновения пространственно чередующихся областей взаимного усиления (в фазе) и взаимного ослабления (в противофазе) налагающихся когерентных волн, исходящих из двух или нескольких точек пространства (кольца Ньютона, зоны Френеля и т. д.). Механические волны распространяются в сплошной среде, и для световой волны по аналогии также постулировали гипотетическую сплошную среду, которую назвали эфиром.

Во 2-й половине 19 века открыли электромагнитное поле, и стало ясно, что световая волна представляет его колебания, а эфир - не более, чем гипотетическая модель непрерывной среды. Ожидаемые свойства эфира не подтвердились. Оказалось, что оптический видимый диапазон длин волн охватывает лишь очень малую часть огромной шкалы электромагнитного спектра, он в длинноволновой области переходит в радиочастотный диапазон, а в коротковолновой – в рентгеновское, а далее в -излучение.

Волновая теория, вытекающая из электродинамики, до мельчайших особенностей объяснила все геометрические закономерности распространения излучения в пространстве, и в терминах механики это означает, что кинематика света подчиняется волновым законам.

На рубеже 19-20 веков были экспериментально открыты факты, которые не укладывались в волновую концепцию света. Все такие явления затрагивают взаимодействие излучения и вещества – законы поглощения и испускания (абсорбции и эмиссии) света. Рентгеновское излучение, имеет ту же природу, что и видимый свет. Это обычное электромагнитное поле, но отличается от оптического диапазона очень малыми длинами волн, наименьшими из известных в то время. При описании свойств коротковолнового излучения не удалось ограничиться лишь волновыми законами, и пришлось ввести корпускулярные представления о структуре электромагнитного поля.

Среди первичных явлений, необъяснимых без корпускулярной модели оказались фотоэффект, термодинамика равновесного излучения абсолютно чёрным телом, и рассеяние рентгеновского излучения веществом (эффект Комптона). Для количественного описания экспериментальных фактов потребовалось ввести представления об элементарных частицах электромагнитного излучения – фотонах, а переносимые ими порции энергии были названы квантами. Особенность фотонов состоит в том, что их масса покоя нулевая.

Возникла, как показалось на первый взгляд, противоречивая ситуация.

С одной стороны движущееся электромагнитное поле - непрерывная среда, а с другой структурно-дискретное образование – поток частиц-фотонов.

Кинематика поля оказалась волновой, а динамика - корпускулярной.

Эта двойственная ситуация получила название корпускулярно-волнового дуализма. Однако природа едина, а причину противоречий следует искать лишь в логической и фактической неполноте исходных приёмов построения нашего знания - тех первоначальных разделов классической теории (механики и термодинамики), на основе которых делались попытки интерпретации фактов, выходящих за пределы их компетенции.

Физически обоснованные представления о том, что световая материя состоит из отдельных частиц, появлялись ещё в 17 веке. Сам гениальный Ньютон полагал, что свет состоит из частиц – корпускул, и это "вопреки"(!) опытам - его же собственным по интерференции света и великого Гюйгенса по двойному лучепреломлению света. Это пример поразительной интуиции учёного. Cтавшие основой вычислений в квантовой механике процедура симметризации полиномов принадлежат также Ньютону !!!

С одной стороны из классической электродинамики вытекает, что электромагнитное поле переносит энергию, а следовательно, обладает и массой, и импульсом. Энергия и масса электромагнитного поля связаны между собой хорошо известным соотношением, которое впервые из волновой теории электромагнитного поля Максвелла вывел Хевисайд.

После уже Эйнштейн ввёл её в специальной теории относительности в качестве универсального соотношения для любых форм материи:

. (1.1)

С другой стороны электромагнитное поле имеет зернистую структуру, и квант его энергии согласно Планку равен

. (1.2)

Отсюда для световой частицы - фотона получается равенство , и следует выражение для длины волны светового излучения:

Страницы: 1 2

Смотрите также

Природа взаимодействий белков
Белковые вещества составляют громадный класс органических, то есть углеродистых, а именно углеродисто азотистых соединений, неизбежно встречаемых в каждом организме. Роль белков в организме огромна. ...

Заключение
В проекте произведена реконструкция цеха первичной переработки нефти и получения битума на ОАО «Сургутнефтегаз». Спроектирована печь, которая обеспечит технологический процесс необходимым количество ...

Технология неконцентрированной азотной кислоты
Азотная кислота по объему производства занимает среди других кислот второе место после серной кислоты. Все возрастающий объем производства HNO3 объясняется огромным значением азотной кислот ...