Свет ведет себя как частица и волна не только в пространстве, но и во времени
Один из самых странных и известных экспериментов в физике – двухщелевой эксперимент, лучше прочих иллюстрирует таинственную природу квантовой механики. Все потому, что свет, воспринимаемый нами как нечто обыденное, может вести себя и как частица и как волна одновременно, что удалось подтвердить экспериментальным путем в 2021 году. Однако первым на этот необычный феномен обратил внимание английский физик и математик Томас Юнг в 1801 году, когда заметил, что при сложении звуковых волн происходит ослабление и усиление звука. Предположив, что свет подобен звуку, Юнг решил провести эксперимент, в ходе которого направил пучок света на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого был установлен еще один, проекционный экран. Ширина прорезей, при этом, была приблизительно равна длине волны излучаемого света. Результатом эксперимента стала интерференционная картина, которая демонстрирует, что фотон как будто проходит через обе щели одновременно. Недавно, однако, ситуация усложнилась – изменения, внесенные физиками в классический опыт Юнга, показали, что поведение фотонов меняется в зависимости от… времени.
Результаты нового исследования показали, что свет ведет себя как волна и частица не только в пространстве, но и во времени.
Классический опыт Юнга
Прежде чем перейти к увлекательным результатам исследования, опубликованного в журнале Nature Physics, обратимся к классическому эксперименту Юнга, а также вспомним основные принципы квантовой механики. Так, по мнению автора этой статьи, читателю будет проще разобраться в происходящем.
Начнем с того, что споры о природе света в академических кругах велись с 18 века. Исаак Ньютон, например, считал, что свет состоит из потока частиц, а голландский физик и астроном Кристиан Гюйгенс, напротив, называл свет волнами, вибрирующими в некоем подобии эфира. Эти догадки основывались на волновой природе звуковых волн, которые распространяются по изогнутым трубам, огибая углы, в отличие от света. Более того, Ньютон заметил, что в воде скорость света менялась, что заставило его привнести в свою теорию необъяснимую силу, способную объяснить это странное явление.
Исаак Ньютон был убежден, что свет – это частица, а не волна
Так как в те годы молодой ученый пользовался большой популярностью, оспорить его теорию никто не решался вплоть до 1801 года. Тогда, как упоминалось выше, Томас Юнг впервые наблюдал интерференцию. Причиной, по которой этот эрудированный ученый с опытом в разных областях науки, включая медицину, заинтересовался светом, стала препарация бычьего глаза, во время которой он размышлял о том, как глаза фокусируются на объектах на разных расстояниях. Впоследствии Юнг предложил теорию цветового зрения.
Юнг также восхищался Ньютоном, однако к 1800 году заметил кое-что неладное в корпускулярной теории. Так, свет вел себя по-разному между воздухом и водой – одна его часть отражалась, а вторая преломлялась, что невозможно объяснить теорией Ньютона. Чтобы разобраться в происходящем, Юнг, как и его предшественники, обратился к звуку, заметив, что при пересечении двух звуковых волн, они интерферируют друг с другом. Со временем физик начал понимать, что явление интерференции может быть применимо и к свету.
Напомню, что интерференция возникает, когда два набора волн накладываются друг на друга. Ранее я рассказывала о результатах эксперимента, который показал, что квантовая запутанность существует между разнородными частицами.
Свет не так прост, как кажется
В 1801 году, размышляя над экспериментами Ньютона, Юнг выдвинул основную идею знаменитого эксперимента, однако его результаты впоследствии были раскритикованы академическим сообществом. Установка, предложенная Юнгом, в дальнейшем использовалась для демонстрации волновой природы света и способности электронов вести себя как волны и создавать интерференционные картины.
Ситуация изменилась многим позже благодаря становлению квантовой механики, когда физики (во многом благодаря опыту Юнга) перестали сомневаться в двойственной природе света, который, как мы знаем, может вести себя и как волна и как частица одновременно.
Становление квантовой механики
Больше о других не менее странных явлениях квантовой механики читайте в нашей статье «Тайны квантовой механики – что такое квантовая запутанность?»
И все же первенство в создании современной квантовой теории принадлежит немецкому физику Максу Планку, который опубликовал новаторское исследование, продемонстрировав, что энергия в определенных ситуациях может проявлять характеристики физической материи. Отметим, что в те годы энергия считалась исключительно непрерывным волнообразным явлением, независимым от характеристик физической материи.
Теория Планка, напротив, утверждала, что энергия состоит из компонентов, похожих на частицы или “кванты”. Его работа помогла разрешить ранее необъяснимые природные явления, включая поглощение света на атомном уровне, за что в 1918 году он был удостоен Нобелевской премии по физике.
Затем Эйнштейн, Бор, Луи де Бройль, Шредингер и Дирак развили теорию Планка, подарив миру квантовую механику – математическое приложение квантовой теории, согласно которому энергия является одновременно и материей и волной и зависит от рядя переменных. Таким образом, квантовая механика придерживается вероятностного взгляда на устройство мироздания, что сильно отличается от механики классической, в которой все точные свойства объектов поддаются вычислению.
Перед вами фото, сделанное в 1927 году в ходе V Сольвеевского конгресса. Все 29 участников до неузнаваемости изменили мир.
Сегодня квантовая механика и теория относительности являются основой современной физики и. ее главной проблемой. Подробнее о том, почему ОТО противоречит квантовой механике и что это означает для современной науки читайте в статье «Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?», рекомендую!
Как квантовая механика изменила мир?
Сегодня о «таинственной» квантовой физике не слышал разве что ленивый, так как ее используют для объяснения самых разных и даже не существующих явлений. Что неудивительно, ведь вряд ли в мире найдется ученый, который полностью понимает устройство Вселенной на микроуровне. Квантовая механика, тем не менее, окончательно и бесповоротно изменила мир, способствуя развитию и становлению современной цивилизации. Чтобы внести некоторую ясность и обосновать громкие заявления, перечислим основные достижения этой научной дисциплины.
-
Компьютеры и смартфоны – это ярчайший пример того, что подарила миру квантовая механика. Все потому, что работа современной электроники на основе полупроводников зависит от волновой природы электронов. И поскольку мы понимаем эту волновую природу, то можем манипулировать электрическими свойствами кремния для создания компьютерных чипов: получить их можно смешивая крошечные доли необходимых элементов друг с другом.
Вы читаете эту статью благодаря квантовой механике
Компьютерные чипы питают и приводят в действие настольные компьютеры, ноутбуки, планшеты, смартфоны и даже мелкую бытовую технику. Без детального понимания квантовой природы материи создать их было бы невозможно.
Лазеры – это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне
Ключевой принцип лазера описан Эйнштейном в 1917 году в работе о статистике фотонов (хотя сам термин был введен позже) и их взаимодействии с атомами. Результатом этого взаимодействия является индуцированное (или когерентное) излучение, при котором оба фотона грубо говоря «клонируют» друг друга, т. е. имеют одинаковые частоту, фазу и направление.
Каждый раз, когда вы пользуетесь смартфоном, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, благодарите за него квантовую механику
Для точной и синхронизированной работы спутниковой системы, в каждый из них встроены атомные часы, работающие благодаря принципам квантовой механики. «Тиканье» часов – это колебание микроволн, которое приводит к переходу между двумя определенными квантовыми состояниями в атоме цезия (или рубидия, в некоторых часах).
Удивительно, правда? Несмотря на то, что квантовая физика загадочна и непостижима, представить повседневную жизнь без нее попросту невозможно.
Современный опыт Юнга
Томас Юнг провел свой знаменитый эксперимент без малого 222 года назад. По этой причине современный опыт выглядит несколько иначе – физики пропускают излучение отдельных частиц света или материи через две щели или отверстия, вырезанные в непрозрачном барьере. По другую сторону барьера находится экран, который регистрирует прибытие частиц.
Результат эксперимента, несмотря на модернизацию, не меняется: вместо того, чтобы пройти через ту или иную щель и накапливаться за каждой из них, фотоны переходят в определенные части экрана и избегают друг друга, что приводит к созданию чередующихся полос света и тьмы, то есть к интерференции. Так, однако, происходит не всегда – оказалось, что в любой момент времени через аппарат проходит только один фотон.
Поведение фотонов меняется когда мы просто наблюдаем за ходом эксперимента. Реальность намного сложнее, чем кажется.
Это кажется нелогичным, но если посмотреть на фотон с математической точки зрения, приняв его за волновую функцию (абстрактную математическую функцию, представляющую состояние фотона/его местоположение), как все встает на свои места. Дело в том, что волновая функция ведет себя как волна а значит фотон попадает в обе щели. В результате новые волны исходят из каждой щели с другой стороны, распространяются и мешают друг другу.
Таким образом мы можем сформулировать основную идею эксперимента с двумя щелями – даже если пропускать фотоны через обе щели по одному за раз, то он все равно будет вести себя как волна, создавая интерференционную картину. Вот только эта волна – вероятность, поскольку ученые не знают, через какую из двух щелей пройдет тот или иной фотон. Проблема заключается в том, что когда ученые пытаются определить какой именно фотон проходит через конкретную щель, интерференционная картина не возникает (что бы ученые не делали).
Эксперимент с отложенным выбором
Отметим, что в квантовой механике существует целый ряд классических двухщелевых экспериментов, включая эксперимент «с отложенным выбором» (так называемый «квантовый ластик с отложенным выбором»). Несмотря на странное название, идея достаточно проста – испускаемые лазером фотоны попадают на двухщелевую пластину, за которой находится нелинейный оптический кристалл, который разбивает один фотон на пару запутанных фотонов (подробнее прочитать об этом явлении можно здесь).
Цель эксперимента заключается в формировании стандартной интерференционной картины, которую должен создать один из фотонов, а его «партнер» – направиться к детектору. Этого, однако, не происходит: даже если второй фотон можно обнаружить после того, как первый попадает на экран, интерференционный картины не возникает.
Классический опыт Юнга, описание
Теоретически это означает, что наблюдение за фотоном может изменить события, которые уже произошли. Вот только как именно все это работает по-прежнему неизвестно, а значит перед нами одна из величайших загадок квантовой механики.
А вы знаете, что существуют разные интерпретации квантовой механики? Например, известно ли вам, что такое интерпретация Эверетта?
Как свет ведет себя во времени и пространстве?
Не прекращая попытки установить причину странного поведения фотонов, физики из Имперского колледжа Лондона опубликовали результаты инновационной работы в журнале Nature Physics, продемонстрировав, что опыт Юнга справедлив не только в отношении пространства, но и времени. В первоначальном эксперименте световые волны проходили через узкие промежутки в физическом пространстве, но в новой вариации физики использовали специальный материал, меняющий степень отражения света.
Когда на тонкий слой оксида индия – электропроводящего прозрачного материала, который регулярно используется в сенсорных экранах смартфонов – попадает интенсивный лазерный импульс, то он на крошечную долю секунды становится зеркалом. Этот материал, как говорится в работе, чрезвычайно быстро меняет свою отражательную способность, что сравнимо с частотой колебаний света.
Если бы вся история Вселенной от Большого взрыва до момента, когда вы читаете эту статью, длилась секунду, колебание света было бы равнозначно одному дню. Скорость переключения зеркал-щелей оказалась феноменальной — считаные фемтосекунды, – объясняет ведущий автор статьи Ромен Тироль.
Группе физиков удалось воссоздать двухщелевой эксперимент, который доказал волновую природу света во времени.
Если говорить совсем просто, то физики смогли наблюдать процессы интерференции света во времени – после прохождения щелей световые волны то усиливали, то гасили друг друга (точно так же, как это происходит в классическом эксперименте Юнга). Однако на этот раз интерференция происходила на шкале времени.
Таким образом, 222 года спустя, ученые доказали, что свет ведет себя как частица и волна не только в пространстве, но и во времени.
Мы также узнали о существовании более точных способов измерения оптического отклика среды, а результаты исследования в будущем могут привести к созданию новых вычислительных технологий и спектроскопии (что пригодится при изучении черных дыр и других астрофизических явлений). Помимо теоретической и концептуальной ценности, подобные эксперименты продолжают служить источником новых знаний и проводятся для разных типов волн, включая электронные, звуковые и др.
Только представьте какое влияние новое открытие может оказать на вычислительную мощность квантовых компьюетров
Мы также не можем исключать и других последующих открытий, к которым сегодня никто не решается приступить. В конечном итоге мы слишком мало знаем о природе Вселенной, в которой неизученных областей намного больше, чем можно себе представить. А как вы думаете, к чему могут привести дальнейшие эксперименты в области квантовой физики? Ответ, как и всегда, будем ждать в нашем Telegram-чате, спасибо за внимание!
Световые Кванты
Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называют явление испускания электронов веществом под действием света. Оно было открыто Г. Герцем в 1887 г., а первые экспериментальные исследования были выполнены русским ученым А. Г. Столетовым, который установил ряд закономерностей фотоэффекта.
Для решения проблемы излучения энергии абсолютно черным телом М. Планк в 1900 г. высказал гипотезу: излучение электромагнитных волн происходит порциями. Энергия порции излучения пропорциональна частоте излучения:
где h — постоянная Планка и равна h = 6,63 • 10 -34 Дж*/с, v — частота излучения. Впоследствии эта порция излучения была названа квантом, фотоном.
В дальнейшем при изучении фотоэффекта различными учеными были открыты его законы. При этом использовалась установка, собранная по схеме (рис.110).
В стеклянный баллон, из которого выкачали воздух, помещали два электрода. Внутрь баллона через кварцевое стекло, которое пропускает ультрафиолетовые лучи, поступает свет. На электроды подается напряжение, причем освещаемый электрод подключается к отрицательному полюсу источника тока. Напряжение, подаваемое на электроды, можно изменять с помощью потенциометра и измерять вольтметром. Под действием света отрицательно заряженный электрод испускает электроны, которые, направляясь к положительно заряженному электроду, образуют электрический ток. Если, не меняя интенсивность излучения, изменять разность потенциалов между электродами, то можно получить вольт-амперную характеристику (зависимость I от U) (рис. 111).
При достижении максимального значения сила тока не меняется. Максимальное значение силы тока I В называют током насыщения . Изменяя в опыте интенсивность излучения, удалось установить первый закон фотоэффекта: количество электронов, вырываемое с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощенной энергии световой волны .
Электроны, вылетающие с поверхности катода, имеют некоторую скорость и могут достичь анода. Чтобы ток стал равен нулю, необходимо изменить полярность батареи и подать напряжение U 3 (задерживающее напряжение), которое определяется выражением:
При изменении интенсивности света задерживающее напряжение не меняется. Оно меняется с изменением частоты падающего света.
Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с его частотой и не зависит от интенсивности падающего света .
Если частота света меньше некоторой постоянной величины для данного вещества, то фотоэффект не наблюдается.
Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует «красная граница» — минимальная частота V К (максимальная длина волны Л к ), при которой фотоэффект еще наблюдается .
Классическая электродинамика Максвелла не смогла объяснить второй и третий законы фотоэффекта и, кроме того, безынерционность этого явления. Квантовая теория легко объясняет все законы фотоэффекта.
1-й закон . Согласно квантовой теории свет испускается в виде потока квантов. Чем больше поток квантов, тем больше интенсивность света и тем большее число электронов будет выбито с поверхности металла. Если напряжение будет таким, что все электроны, выбитые фотонами, достигнут электрода (положительного), то ток насыщения будет зависеть от интенсивности света.
А. Эйнштейн предположил, что свет не только испускается квантами, как это показал М. Планк, но и поглощается квантами. Энергия кванта света расходуется на сообщение электрону кинетической энергии и на работу его выхода из катода, т. е.
где hv — энергия поглощенного кванта, А вых — работа выхода электронов из вещества, 
— кинетическая энергия электрона. Уравнение А. Эйнштейна представляет собой закон сохранения энергии при фотоэффекте.
2-й закон . Примем условие, что один электрон поглощает один квант. Тогда его потенциальная и кинетическая энергия увеличивается, при этом совершается работа выхода (А) и приобретается скорость v. Энергия кванта света hv идет на совершение работы выхода А вых , т. е. работы, которую надо совершить для вырывания электронов из металла и на сообщение ему кинетической энергии:
= hv — А. Так как работа выхода для данного вещества постоянна, то очевидно, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов (выбитшьяад дейнявием свете) линейно зависит от частоты.
3-й закон . Как видно из уравнения А. Эйнштейна, фотоэффект будет наблюдаться, если hv > А вых . При hv вых фотоэффект не наблюдается. Если hv кp = А, то электроны освобождаются с нулевой скоростью. Учитывая, что
Кто предположил что свет это поток квантов
Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называют явление испускания электронов веществом под действием света. Оно было открыто Г. Герцем в 1887 г., а первые экспериментальные исследования были выполнены русским ученым А. Г. Столетовым, который установил ряд закономерностей фотоэффекта.
Для решения проблемы излучения энергии абсолютно черным телом М. Планк в 1900 г. высказал гипотезу: излучение электромагнитных волн происходит порциями. Энергия порции излучения пропорциональна частоте излучения:
где h — постоянная Планка и равна h = 6,63 • 10 -34 Дж*/с, v — частота излучения. Впоследствии эта порция излучения была названа квантом, фотоном.
В дальнейшем при изучении фотоэффекта различными учеными были открыты его законы. При этом использовалась установка, собранная по схеме (рис.110).
В стеклянный баллон, из которого выкачали воздух, помещали два электрода. Внутрь баллона через кварцевое стекло, которое пропускает ультрафиолетовые лучи, поступает свет. На электроды подается напряжение, причем освещаемый электрод подключается к отрицательному полюсу источника тока. Напряжение, подаваемое на электроды, можно изменять с помощью потенциометра и измерять вольтметром. Под действием света отрицательно заряженный электрод испускает электроны, которые, направляясь к положительно заряженному электроду, образуют электрический ток. Если, не меняя интенсивность излучения, изменять разность потенциалов между электродами, то можно получить вольт-амперную характеристику (зависимость I от U) (рис. 111).
При достижении максимального значения сила тока не меняется. Максимальное значение силы тока I В называют током насыщения . Изменяя в опыте интенсивность излучения, удалось установить первый закон фотоэффекта: количество электронов, вырываемое с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощенной энергии световой волны .
Электроны, вылетающие с поверхности катода, имеют некоторую скорость и могут достичь анода. Чтобы ток стал равен нулю, необходимо изменить полярность батареи и подать напряжение U 3 (задерживающее напряжение), которое определяется выражением:
При изменении интенсивности света задерживающее напряжение не меняется. Оно меняется с изменением частоты падающего света.
Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с его частотой и не зависит от интенсивности падающего света .
Если частота света меньше некоторой постоянной величины для данного вещества, то фотоэффект не наблюдается.
Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует «красная граница» — минимальная частота V К (максимальная длина волны Л к ), при которой фотоэффект еще наблюдается .
Классическая электродинамика Максвелла не смогла объяснить второй и третий законы фотоэффекта и, кроме того, безынерционность этого явления. Квантовая теория легко объясняет все законы фотоэффекта.
1-й закон . Согласно квантовой теории свет испускается в виде потока квантов. Чем больше поток квантов, тем больше интенсивность света и тем большее число электронов будет выбито с поверхности металла. Если напряжение будет таким, что все электроны, выбитые фотонами, достигнут электрода (положительного), то ток насыщения будет зависеть от интенсивности света.
А. Эйнштейн предположил, что свет не только испускается квантами, как это показал М. Планк, но и поглощается квантами. Энергия кванта света расходуется на сообщение электрону кинетической энергии и на работу его выхода из катода, т. е.
где hv — энергия поглощенного кванта, А вых — работа выхода электронов из вещества,
— кинетическая энергия электрона. Уравнение А. Эйнштейна представляет собой закон сохранения энергии при фотоэффекте.
2-й закон . Примем условие, что один электрон поглощает один квант. Тогда его потенциальная и кинетическая энергия увеличивается, при этом совершается работа выхода (А) и приобретается скорость v. Энергия кванта света hv идет на совершение работы выхода А вых , т. е. работы, которую надо совершить для вырывания электронов из металла и на сообщение ему кинетической энергии:
= hv — А. Так как работа выхода для данного вещества постоянна, то очевидно, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов (выбитшьяад дейнявием свете) линейно зависит от частоты.
3-й закон . Как видно из уравнения А. Эйнштейна, фотоэффект будет наблюдаться, если hv > А вых . При hv вых фотоэффект не наблюдается. Если hv кp = А, то электроны освобождаются с нулевой скоростью. Учитывая, что
Зарождение и содержание квантовой теории света
Прародителем данной теории является Исаак Ньютон, который первый начал говорить о природе света. Для того времени характерно осмысление физических процессов через быт, поэтому появление теории света вполне закономерно. В 17 веке многие физические процессы осмыслялись и пересматривались, поэтому эта теория не стала чем-то сверхнеестественным и диким.
В чём заключалась идея Ньютона? Он заключил, что корпускулярный поток энергии порождает свет. Многие коллеги не разделяли эту позицию и склонялись больше к тому, что порождают свет волны (то есть были приверженцами волновой теории). Таким образом, образовалось два течения, представители которых пытались объяснить одно и то же явление (в данном случае – появление света) описать посредством разных теорий.
Как зародилась квантовая теория света
Более ранние представления исследователей не удовлетворяли пытливый ум Ньютона, так как к нему точно пришло осознание того, что свет появлялся посредством интерференции. Данная теория была признана не сразу, конечно ей пришлось немного отлежаться. Но зато теперь миру известна настоящая природа вещей. Обосновав эту теорию ещё в начале своей деятельности, Ньютон создал теорию и теоретическую базу для исследований на несколько веков вперёд. Эти представления никак не укладывались в представления научного сообщества того времени, скорее даже – она противоречила всему, что было доказано и принято за истину веками ранее.
Дело Ньютона в 19 веке продолжил М. Фарадей, который пошёл дальше и обосновал связь света с магнетизмом. Магнетизм он до этого изучал большое количество времени и опыты, которые проводились, дали основания полагать, что колебания магнитных волн и появление света связаны между собой. При этом им была установлена даже скорость таких волн, она была конечной. Как её вычислили? Опытным путём, но надо сказать, что точные цифры пришли в науку намного позже. Теперь мы знаем скорость света и у нас не возникает даже мысли о том, что так было не всегда. А тогда люди бились за свои идеи, даже если никто кроме них в эти идеи всерьёз не верил. Фарадеем было введено понятие магнитного поля, сделаны предварительные выводы и разработаны методы, но до квантовой теории света всё ещё не доходило. Лабораторная работа велась очень кропотливо и тщательно, но результаты тогда не казались заявками на победу.
Уже в конце 19 века, а точнее – в 1864 году при помощи математических методов было доказано, что связь между магнетизмом и оптикой действительно есть. Но этих данных было всё ещё недостаточно чтобы сформировать полноценную теорию.
Первым учёным, который действительно смог сконцентрировать весь предыдущий опыт и сформулировать чёткие математические закономерности для обоснования теории электромагнитного поля, был Д.-К. Максвелл. В своих исследованиях он сделал упор на опытах Фарадея, и при помощи имеющихся теорий и формул объяснил эти явления. При помои созданной им теории впоследствии были объяснены все явления, касающиеся магнетизма, которые в тот момент находились на пике популярности и были востребованы. Максвеллом было введено определение понятия электромагнитной картины, а впоследствии этим понятием апеллировало буквально всё научное сообщество.
Среди отечественных учёных, хотелось бы упомянуть российского физика Лебедева. Он очень корректно и ёмко подхватил идеи своих предшественников и развил их. В своей теории он определил воздействие радиоволн на различные физические явления, опираясь на практические опыты. В дальнейшем эту теорию стал дорабатывать Герц, который сделал свой вклад в науку благодаря появлению специализированной аппаратуры. Именно благодаря этим людям у нас сейчас есть все средства связи, а тогда это начало появляться и развиваться с телеграфа, радио и телевидения.
В начале прошлого века появились первые предпосылки для возможности формирования квантовой теории света. Имея такой багаж опыта и открытий, задача исследователей буквально лежала на поверхности.
Определение 1
Понятие квантовой теории ввёл М. Планк, который связал длину волны с интенсивностью теплового излучения, обосновав это математически. Когда волна нагревалась, то происходили различные волновые изменения. Это стало большим открытием для всего научного сообщества и повергло всех в шок
Так как в это время всё интенсивнее и чётче начинает прорисовываться контур изучения атомов (благодаря Н. Бору), то теория квантов не стала здесь каким-то культурным шоком. Теория атомов фактически регламентировала правила движения в твёрдых телах, поэтому квантовая физика видела в этом своё начало и развитие. Труды М. Планка в дальнейшем были по достоинству оценены, настолько, что за своё открытие он удостоился Нобелевской премии.
Спорные моменты квантовой теории
В начале прошлого века наука очень стремительно развивалась, появлялись всё новые и новые идеи, выдвигались всё новые и новые теории. Конечно, научное сообщество не могло оставить это без внимания и начали набирать обороты появления новых направлений. Исследователи могли изучать одно и то же, но разными способами – и это вызывало противоречия, споры и конфликты. Ряд исследователей придерживались классического подхода и, вслед за А. Эйнштейном, пытались дать жизнь его теориям, опираясь на современные реалии. Эйнштейном была выдвинута мысль, что природа вещества и света двойственны, а его последователи вложили эту гипотезу в рассуждения о дуализме мира. Актуальной тогда была версия относительно того, что световая волна обязательно соответствует каждому отдельному электрону, а опыты Эйнштейна эти тезисы закрепили и связали с теорией относительности. Нельзя точно оценить последствия этих научных сдвигов, но очевидно, что это дало огромный толчок в этом направлении.
Когда дуализм волновой природы был закреплён в качестве теории, началось развитие волновой механики, были заложены волновые свойства микрочастиц и выявлены новые методы исследования структуры веществ. Далее следовали принципы времени, материи и пространства на основе общей теории относительности. И так постепенно всё вело к тому, что квантовой теории света просто не может не быть.
Определение фотоэлектрического эффекта
Определение 2
Это – процесс, когда нейтроны испускаются металлов под воздействием световых лучей.
Этот эффект изучал известный исследователь А. Столетов, а, в дальнейшем, А.Эйнштейн на практике доказал его тезисы и вывел химические свойства света, температурные аспекты и ряд иных явлений.свинина тушеная с картошкойлимфодринажплощадки грузоперевозокamerican antivirusseo оптимизация раскрутка сайт алобановский политиклобановский политикfacebook pixel зачем нужен
Кто предположил что свет это поток квантов
Фотон. Строение фотона. Принцип перемещения.
Часть 1. Исходные данные.
Часть 2. Основные принципы строения фотона.
Часть 3. Квант энергии и квант массы.
Часть 4. Основные принципы перемещения фотона.
Часть 1. Исходные данные.
1.1. Фотон — это элементарная частица , квант электромагнитного излучения.
1.2. Фотон не может быть разделен на несколько частей и не распадается спонтанно в вакууме.
1.3. Фотон является истинно электронейтральной частицей. Скорость перемещения (движения) фотона в вакууме равна «с».
1.4. Свет представляет собой поток локализованных частиц — фотонов.
1.5 . Фотоны излучаются во многих природных процессах, например: при движении заряженных частиц с ускорением (тормозное, синхротронное, циклотронное излучения) или при переходе электрона из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией. Это происходит в результате основного фундаментального превращения в Природе — превращения кинетической энергии заряженной частицы в электромагнитную (и наоборот).
1.6. Фотону свойственен корпускулярно-волновой дуализм:
— с одной стороны фотоны демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной волны фотона;
— с другой стороны фотон ведет себя как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами) или считаются точечными (электрон).
1.7. Учитывая тот факт, что одиночные фотоны демонстрирует свойства волны, вполне достоверно можно утверждать, что фотон представляет собой «миниволну» (отдельный, компактный «кусочек» волны). При этом должны учитываться следующие свойства волн:
а) э лектромагнитные волны (и фотон) — это поперечные волны, в которых векторы напряженности электрических (E) и магнитных ( H) полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Электромагнитные волны (фотон) можно передать от источника к приёмнику, в том числе и через вакуум. Им не требуется среда для своего распространения.
б) половина энергии электромагнитных волн (и фотона) является магнитной.
в) для характеристики интенсивности волнового процесса используют три параметра: амплитуда волнового процесса, плотность энергии волнового процесса и плотность потока энергии.
1.8. Кроме того, при рассмотрении схемы строения фотона и принципа его перемещения были учтены следующие данные:
а) излучение фотона практически проходит за период времени порядка 10 -7 сек — 10 -15 сек. За этот период электромагнитное поле фотона возрастает от нуля до максимума и вновь падает до нуля. См. рис.1.
б) график изменения поля фотона никак не может быть куском обрезанной синусоиды, т.к. в местах обрезки возникали бы бесконечные силы;
в) поскольку частота электромагнитной волны — это величина, которая наблюдается в опытах, то эту же частоту (и длину волны) можно приписать и отдельному фотону. Поэтому параметры фотона, как и волны, описываются формулой E = h* f , где h — постоянная Планка, которая связывает величину энергии фотона с его частотой ( f ).
Рис. 1. Фотон является материальной частицей и представляет собой компактный (имеющий начало и конец), неделимый «кусочек» волны, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. Магнитные поля условно не показаны.
Часть 2. Основные принципы строения фотона.
2.1. Практически во всех статьях по электромагнитным волнам (фотонам) на рисунках описывается и графически показывается волна, состоящая из двух полей — электрического и магнитного, например, цитата: «Электромагнитное поле представляет собой совокупность электрического магнитного полей. ». Однако существование «двухкомпонентной» электромагнитной волны (и фотона) невозможно по одной простой причине: однокомпонентного электрического и однокомпонентного магнитного поля в электромагнитной волне (фотоне) не существует и существовать не может. Объяснение:
а) существуют теоретические модели-формулы-законы, которые используются для расчетов или определения параметров в идеальных условиях (например — теоретическая модель идеального газа). Это вполне допустимо. Однако для расчетов в реальных условиях в эти формулы вводятся поправочные коэффициенты, которые отражают реальные параметры среды.
б) также существует теоретическая модель под названием «электрическое поле». Для решения теоретических задач это допустимо. Однако реально существуют только два электрических поля: электрическое поле-плюс (№1) и электрическое поле-минус (№2). Субстанции под названием «беззарядовое? электронейтральное? электрическое поле №3» в реальности не существует, и существовать не может. Поэтому, при моделировании реальных условий в теоретической модели под названием «электрическое поле» всегда необходимо учитывать два «поправочных коэффициента» — реальное электрическое поле-плюс и реальное электрическое поле-минус.
в) существует теоретическая модель под названием «магнитное поле». Это вполне допустимо для решения некоторых задач. Однако реально у магнитного поля всегда существуют два магнитных полюса: полюс №1 (N) и полюс №2 (S). Субстанции под названием «бесполюсное? магнитное поле №3» в реальности не существует и существовать не может. Поэтому, при моделировании реальных условий в теоретической модели под названием «магнитное поле» всегда необходимо учитывать два «поправочных коэффициента» — полюс- N и полюс- S.
2.2. Таким образом, учитывая вышесказанное можно сделать вполне однозначный вывод: фотон является компактной (имеющий начало и конец), материальной частицей, у которой материя представляет собой совокупность двух электрических (плюс-минус) и двух магнитных (N-S) полей, способных распространяться от своих источников без затуханий (в вакууме) на сколь угодно большие расстояния. См. рис.2.
Рис.2. Фотон представляет собой совокупность двух электрических полей (плюс и минус) и двух магнитных полей (N и S). При этом полностью соблюдается общая электронейтральность фотона. В данной работе принимается, что электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S.
Часть 3. Квант энергии и квант массы.
3.1. С одной стороны фотон представляет собой компактную, неделимую частицу, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. То есть фотон имеет вполне реальный линейный размер (начало и конец).
3.2. Однако с другой стороны параметры фотона, как и волны, описываются формулой E = h* f , где h — постоянная Планка (эВ*сек), элементарный квант действия (фундаментальная мировая константа), которая связывает величину энергии фотона с его частотой ( f ).
3.3. Это позволяет полагать, что все фотоны состоят из вполне определенного количества (n) «самостоятельных» электронейтральных «усреднённых» элементарных квантов энергии (эВ) с абсолютно одинаковой длиной волны ( L ). В этом случае энергия любого фотона равна: Е = е1*n, где (е1) — энергия элементарного кванта, (n) — их количество в фотоне. См. рис.3.
Рис.3.
а) «нормальный» фотон (электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля);
б) тот же фотон из «усреднённых» квантов. Можно допустить, что любой фотон состоит из вполне определенного количества абсолютно одинаковых «усреднённых» элементарных квантов энергии;
в) элементарный «усреднённый» квант энергии фотона. Элементарный квант энергии (размерность — эВ) абсолютно одинаков для всех электромагнитных волн всех диапазонов и аналогичен элементарному кванту действия Планка, (размерность — эВ*сек). В этом случае: Е (эВ) = h* f = е1*n.
3.4. Материя фотона. Фотоны излучаются в результате основного фундаментального превращения в Природе — превращение кинетической энергии заряженной частицы в электромагнитную и наоборот — превращение электромагнитной энергии фотонов в кинетическую энергию заряженной частицы. Однако кинетическая энергия нематериальна, а электромагнитная энергия фотона обладает всеми свойствами материи. Таким образом: в результате основного фундаментального превращения в Природе нематериальная кинетическая энергия заряженной частицы преобразуется в энергию электрических и магнитных полей фотона, который обладает вполне реальными свойствами материи: импульсом, скоростью, массой и др. характеристиками. Поскольку фотон материален, то материальны и все составляющие его части. То есть: элементарный квант энергии автоматически является элементарным квантом массы.
3.5. Любой фотон состоит из вполне определенного количества «самостоятельных» электронейтральных элементарных квантов энергии. И рассмотрение схемы строения элементарного кванта показывает, что:
а) элементарный квант невозможно разделить на две равные части, поскольку это автоматически будет являться нарушением закона сохранения заряда;
б) от элементарного кванта также невозможно «отрезать» более мелкую часть, поскольку это автоматически приведет к изменению значения постоянной Планка (фундаментальной константы) для этого кванта.
Первое. Превращение электромагнитной энергии фотонов в кинетическую энергию заряженной частицы не может быть непрерывной функцией — электромагнитная энергия может превращаться в кинетическую энергию частиц (и наоборот) только при значениях энергии кратных одному элементарному кванту энергии.
Второе. Поскольку оболочки кварков, протонов, нейтронов и др. частиц представляют собой уплотнённую электронейтральную материю фотонов, то массы этих оболочек также имеет значения , кратные элементарному кванту массы.
3.7. Примечание: тем не менее, разделение элементарных квантов на две абсолютно равные части (положительную и отрицательную) вполне возможно (и происходит) при образовании электрон-позитронных пар. В этом случае масса электрона и позитрона имеет значения , кратные половине элементарного кванта массы (см. « Электрон. Образование и строение электрона. Магнитный монополь электрона»).
Часть 4. Основные принципы перемещения фотона.
4.1. Перемещение материального фотона-частицы может осуществляться только двумя способами:
Вариант-1: фотон перемещается по инерции;
Вариант-2: фотон является самодвижущейся частицей.
4.2. По неизвестным причинам, именно инерционное движение электромагнитных волн (и фотонов) либо подразумевается, либо упоминается и графически показывается практически во всех статьях по электромагнитным волнам, например: Wikipedia. Electromagnetic radiation. English. См. рис.4.
Рис.4. Пример инерционного перемещения фотона (Wikipedia. Electromagnetic radiation). Фотон перемещается мимо наблюдателя слева направо со скоростью V = «с». При этом все лепестки синусоиды не меняют своих параметров, то есть: в системе отсчёта фотона они абсолютно неподвижны.
4.3. Однако инерционное движение фотона невозможно, например, по следующей причине: при прохождении фотона сквозь препятствие (стекло) его скорость уменьшается, но после прохождения препятствия (одного или нескольких) фотон вновь «мгновенно» и восстанавливает свою скорость до «с» = const. При инерциальном движении такое самостоятельное восстановление скорости невозможно.
4.4. «Мгновенный» набор скорости фотоном (до «с» = const) после прохождения препятствия возможен только при условии, если сам фотон является самодвижущейся частицей. При этом механизмом самопередвижения фотона может являться только переполюсовка имеющихся в наличии электрических (плюс и минус) и магнитных (N и S) полей с одновременным смещением фотона на полпериода, то есть с удвоенной частотой (2* f ). См. рис.5.
Рис.5. Схема перемещения фотона за счёт переполюсовки полей. «Фрагмент» — последовательность переполюсовки поля-плюс.
4.5. Объяснение механизма перемещения фотона основывалось на следующих данных:
а) электромагнитное поле фотона представляет собой совокупность переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей;
б) электрические и магнитные поля фотона не могут исчезнуть — они могут только превращаться друг в друга. Порождение магнитного поля переменным электрическим полем является фундаментальным явлением природы;
в) магнитное поле появляется только при наличии изменяющегося во времени электрического поля и наоборот (всякое изменение электрического поля возбуждает магнитное поле и, в свою очередь, изменение магнитного поля возбуждает поле электрическое). Поэтому магнитные поля фотона могут возникнуть только при наличии у фотона переменных по знаку и изменяющихся во времени электрических полей (в системе отсчёта фотона).
4.6. При объяснении механизма переполюсовки фотона рассматривались следующие варианты:
а) наличие свободного пространства впереди фотона. Фотон представляет собой компактный, неделимый «кусочек» волны в виде синусоиды, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. То есть: «тело» фотона имеет вполне реальную геометрическую длину (начало и конец). Движение фотона происходит за счёт перемещения фотона на расстояние одного полупериода (1/2L) за каждый акт переполюсовки. И это перемещение всегда может происходить только в одну сторону (вперед), где перед фотоном имеется в наличии свободное пространство;
б) «Борьба противоположностей». Электромагнитное поле фотона представляет собой совокупность переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей. В данной работе принимается, что электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S. Но в этом случае возникает постоянное (и законное) стремление магнитных полей N и S состыковаться друг с другом, то есть создать полноценный «двухполюсной магнит». Для этого одно из магнитных полей обязано сдвинуться на полпериода. Однако магнитные и электрическими поля «намертво» связаны между собой, и всякая попытка магнитного поля «освободится» от электрического поля «мгновенно» приводит к ответной реакции противодействия — вызывает переполюсовку (переброску) всех полей и их автоматическое смещение на полпериода.
4.7. Поскольку других вариантов объяснения механизма самопередвижения фотона не просматривается, то перемещение фотона за счёт переполюсовки полей, по-видимому, является единственным решением проблемы. Ибо только режим переполюсовки позволяет поддерживать режим самодвижения фотона и одновременно обеспечить соблюдение фундаментального закона Природы — порождение магнитного поля при наличии переменного по знаку и меняющегося во времени электрического поля (и наоборот). Предложенные варианты механизма переполюсовки (причин и последовательности) требуют дополнительных проработок, которые в данной работе не могут быть представлены. Тем не менее, приведенные объяснения являются приемлемым выходом из создавшейся ситуации в решении проблемы постоянства скорости света, поскольку позволяют с той или иной степенью достоверности объяснить механизм самопередвижения фотона.
4.8. Скорость фотона. Скорость (с) электромагнитных волн (фотонов) в вакууме, их частота ( f ) и длина волны ( L ) жестко связаны формулой: с = f * L . Однако при этом следует иметь в виду, что перемещение фотона происходит за счёт одновременной переполюсовки его электрических и магнитных полей, во время которой фотон смещается на расстояние одного полупериода ( L/2) за каждый акт переполюсовки, то есть с удвоенной частотой. С учётом этого формула скорости будет иметь вид с =2 f * L /2, что абсолютно идентично основной формуле: с = f * L .
5. Таким образом:
5.1. Фотон является локализованной (компактной) материальной частицей, у которой материя представляет собой совокупность двух электрических (плюс и минус) и двух магнитных (N и S) полей, значения которых возрастают от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. При этом полностью соблюдается общая электронейтральность фотона.
5.2. В результате основного фундаментального превращения в Природе нематериальная кинетическая энергия заряженной частицы преобразуется в материальную энергию электрических и магнитных полей фотона. Фотон материален и состоит из вполне определенного количества абсолютно одинаковых «усреднённых» элементарных квантов энергии, которые автоматически являются элементарными квантами массы.
5.3. Фотон является самодвижущейся частицей способной перемещаться от своего источник на сколь угодно большие расстояния (в вакууме). Ему не требуется среда для своего перемещения. Движение фотона происходит за счёт переполюсовки переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей, во время которой фотон смещается на расстояние одного полупериода за каждый акт переполюсовки.
5.4. В данной работе принимается, что в каждом элементарном кванте электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S. Другие варианты стыковки полей требуют дополнительных проработок и в данной работе не рассматривались.
Кто предположил что свет это поток квантов
Анализ состава излучения светящихся тел показал, что его распределение по частотам колебаний не согласуется с законами излучения, выведенными из волновой теории света. Стремясь найти объяснение этому факту, немецкий физик М. Планк (1858-1947 гг.) предположил, что свет излучается не в виде волн, а в виде определенных и неделимых порций энергии, которые он назвал квантами (от латинского «квантум» — количество, масса). В настоящее время кванты света называют фотонами.
На основе анализа оптических явлений было установлено, что те из них, которые связаны с распространением света в какой-либо среде, можно объяснить только с помощью волновой теории, а те, которые связаны с испусканием и поглощением света, объяснялись только с помощью представления о квантовом составе светового излучения. Все это означало, что для объяснения оптических явлений
необходима новая теория, объединяющая волновые и корпускулярные свойства света. Эта новая теория получила название квантовой теории света и в своем первоначальном виде была создана трудами Планка, Эйнштейна, Бора и других ученых.
В настоящее время квантовая теория объясняет не только оптические явления, но и множество других явлений из всех разделов физики. Эта теория раскрыла новые свойства вещества и поля, предсказала много новых явлений, которые впоследствии были обнаружены опытным путем.
Связь между волновыми и корпускулярными свойствами света по этой теории выражается формулой Планка:
где — энергия кванта, — частота колебаний электромагнитного излучения и — постоянный коэффициент, одинаковый для всех волн и квантов, который называют постоянной Планка. В СИ числовое значение следующее:
Итак, согласно квантовой теории световое излучение заданной частоты состоит из фотонов (квантов) с определенной энергией выражаемой формулой (28.1). Следовательно, энергия кванта прямо пропорциональна частоте колебаний электромагнитного излучения. Поскольку то из формулы (28.1) получим
т. е. энергия кванта обратно пропорциональна длине волны излучения в вакууме.
Опыт показал, что, пока фотон существует, он движется со скоростью с (в вакууме) и ни при каких условиях не может замедлить свое движение или остановиться. При встрече с веществом он может быть поглощен частицей вещества. Тогда сам фотон исчезает, а его энергия целиком переходит к поглотившей его частице. Фотон не, имеет массы покоя. Эта замечательная особенность фотонов отличает их от частиц вещества, например от протонов или электронов.
Заметим, что до сих пор не ясно, почему в одних явлениях свет обнаруживает ярко выраженные волновые свойства, а в других — корпускулярные свойства и каким образом такие противоречивые свойства могут объединяться в излучении. По квантовой теории объединение корпускулярных и волновых свойств является природным качеством всей материи вообще, т. е. каждая частица вещества обладает волновыми свойствами и каждая волна обладает корпускулярными свойствами.
Квантовая теория света
В конце 17 века начали зарождаться новые представления о физических процессах. Они формировались с учетом базовых понятий о природе света. Основоположниками теорий волновой и корпускулярной теории света стали Исаак Ньютон и ряд иных ученых, которые придерживались другой точки зрения.
Британский исследователь полагал, что зарождение и развитие света представляет собой корпускулярный поток энергии. Остальные оппоненты по научному миру тех лет склонялись к волновой теории. Так возникло два основных течения, которые положили начало изучения всей квантовой теории света.
Зарождение квантовой теории света
Ньютон обнаружил так называемую интерференцию света. Эту теорию он обосновал в своих ранних работах, она стала классическим представлением на несколько столетий. В более поздних научных изысканиях ряд европейских ученых смогли обосновать первые эксперименты со светом, проведенные еще три столетия назад. Мир увидел новую теорию волновой природы света, что противоречило более ранним представлениям.
Майкл Фарадей в середине 19 века продолжил труды своего коллеги и установил ощутимую связь между светом и магнетизмом, который он пристально изучал на протяжении нескольких лет. Его опыты показали, что магнитные колебания и световые напрямую связаны между собой и являются по своей направленности поперечными. Он установил также скорость распространения таких волн. Они двигались с конечной скоростью. Позже ее вычислили с большой долей достоверности. Сегодня мы знаем эту величину как скорость света. В эксперименты Фарадея легла его собственная теория, изучающая электромагнетизм. Теперь было введено дополнительное понятие для магнитного поля, однако у автора работ до сих пор отсутствовало многие математические методы при описании подобных явлений, которые он фиксировал в своей лаборатории.
Позже подобная связь была вычислена математическими методами. В 1864 году была установлена практическая связь между оптикой и явлениям магнетизмом. Во многом это стало возможным при помощи интуитивных возможностей исследователей того времени, поскольку точных измерений и основополагающих исследований не проводилось или их было крайне недостаточно для формирования полноценной теории света.
Д.-К. Максвелл стал первым ученым, который опираясь на предыдущие опыты Фарадея смог сформулировать в математических формулах теорию электромагнитного поля. При помощи нее были объяснены все основные понятия и явления электромагнетизма, которые до сих пор лежат в основе современных исследований. Максвелл ввел понятие электромагнитной картины мира и ее подхватили еще ряд ученых того времени. Развитием идей теории света занялся российский физики Лебедев. Он внес решающую лепту в освоении этой дисциплины и провел ряд практических опытов, определяя зависимость и взаимодействие радиоволн в остальных физических явлениях. Чуть позже ученые Герц смог сделать первые полезные открытия и создать аппаратуру, которая перевернула развитие человеческой цивилизации. В частности, были созданы устройства беспроводной связи от телеграфа до телевидения.
В начале 20 века на основе всех предыдущих открытий стало возможным сформулировать первые научные тезисы самой квантовой теории света. К тому времени были сделаны основополагающие открытия в области строения атома, поэтому задача ученых значительно упростилась.
М. Планк вывел математическую закономерность, связывающую интенсивность теплового излучения с длиной волны. Она изменялась под воздействием нагрева вещества. Подобная теория получила название квантовой и произвела революцию во всем течении развития физики.
Через некоторое время теория квантов была надежно прицеплена к новой теории атомов, которую развивал Нильс Бор. Она объяснила природу движения элементарных частиц в твердых телах. Это стало отправной точкой развития квантовой физики. Спустя некоторое время М. Планк получил Нобелевскую премию за свое открытие.
Квантовая теория: противоречия
В начале 20 века в научно среде вновь возникла вона противоречий между учеными разной направленности. Некоторые исследователи пытались увязать предыдущие знания с теориями, выдвинутыми Альбертом Эйнштейном. Он считал, что существует двойственность природы света и вещества. Это легло в основу гипотетических предположений о дуализме микромира и разноплановости существования веществ в объективной реальности. Существовала версия, что каждому отдельному электрону должна была параллельно соответствовать световая волна. После соотношения с высказанной теорией относительности Эйнштейна подобные тезисы были подтверждены математическими вычислениями, что привело к ряду новых интересных открытий.
После открытия двойственной волновой природы электронов были сформулированы:
- основы волновой механики;
- волновые свойства микрочастиц;
- новые методы исследования структуры веществ.
Затем были разработаны общие теории относительности, в которых были установлены принципы существования времени, материи и пространства. Эти знания легли в основу квантовой теории света, которая постигает новые высоты на современном этапе развития науки и не является конечной.
Фотоэлектрический эффект
Испускание металлом электронов под воздействием на него света получило название фотоэлектрического эффекта.
Его на протяжении всей своей научной жизни пытался изучать российский исследователь А. Столетов. Физик изучал свойства железа и использовал материал в своих экспериментах со световыми волнами. Через некоторое время он установил основные понятия нового явления и заявил, что есть законы фотоэлектрического эффекта, то есть превращения энергии света в электрическую энергию. В ходе проведения опытов удалось понять, что при изменении интенсивности освещения способны меняться только числа испускаемых электронов. Максимальная кинетическая энергия, вылетающих из металла электронов, не зависела от интенсивности освещения. Она менялась только при изменении частоты падающего на металл света.
Эйнштейн смог доказать правильность исследований Столетова, а также:
- закономерности химического действия света;
- температурную зависимость теплоемкости твердых тел;
- ряд других явлений.
Эта теория стала весьма полезной в формировании представлений о развитии в строении атомов и молекул на век вперед.