Корпускулярно-волновой дуализм излучения

Особенности теплового излучения абсолютно черного тела, фотоэффект, эффект Комптона – неопровержимо свидетельствуют о корпускулярной природе излучения. Излучение – и свет в том числе – поток порций энергии – фотонов. Фотон обладает энергией и импульсом:

С другой стороны, такие явления как дифракция, интерференция, поляризация убеждают нас в волновой природе излучения. Излучение — электромагнитные волны в широком диапазоне частот.

С третьей стороны, можно вспомнить о давлении, преломлении света, то есть о явлениях, которые можно объяснить как с позиций классической волновой так и квантовой теории света.

Рассмотрим, например, отражение света от плоского зеркала.

Волновая теория связывает давление света Р с объемной плотностью энергии в электромагнитной волне:

Здесь: — поток излучения.

При отражении света, падающие и отраженные волны образуют стоячую волну, плотность энергии в которой

где: Φ — поток отраженного излучения.

Рис. 11.3

Следовательно, давление излучения на отражающее зеркало

Теперь решим эту задачу считая, что свет – поток фотонов (рис. 11.4).

Рис. 11.4

При упругом отражении фотона от зеркала, последнее получает импульс

.

При падении в единицу времени N фотонов на единичную поверхность зеркала (1 м²), давление, создаваемое этим потоком частиц, будет равно суммарному импульсу, переданному ими зеркалу.

.

Здесь: — поток энергии падающих фонов

Нетрудно обнаружить, что в рассмотренной задаче классическая волновая и квантовая корпускулярная теории приводят к совпадающим результатам.

Таким образом, мы приходим к выводу, что излучение (свет) в одних случаях проявляет свои волновые свойства, в других – корпускулярные. В этом и состоит «диалектическое единство противоположностей», нашедшее свое отражение в теории корпускулярно-волнового дуализма излучения.

Дата добавления: 2014-01-15