В физике микромира. На переднем плане микромира

4.1. Противоречия в классической теории излучения и проявления концепции квантов. Корпускулярно-волновой дуализм

Вконце XVII в. почти одновременно возникли две, казалось, исключающие друг друга теории света: И. Ньютон представил корпускулярную теорию света: свет – поток световых частиц (корпускул), летящих от светящегося тела по прямоли­нейным траекториям, а Х. Гюйгенс сформулировал волновую тео­рию: свет – упругая волна, распространяющаяся в мировом эфире.

Первые сформировавшиеся волно­вые представления о свете были отражены в принципе Гюйгенса – Френеля: каждая точка, до которой дохо­дит световое возбуждение, становится центром вторич­ных волн и передает их во все стороны соседним точ­кам.

Г. Герц в 1887 г.обнаружил фотоэффект – явление испускания электронов веществом под действием элек­тромагнитного излучения. Так, металл пластины при облуче­нии светом дуговой лампы теряет свой заряд.

М. Планк в 1900 г. высказал гипотезу: излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а дискрет­но, т.е. определенными порциями (фотонами или кванта­ми), причем энергия (Е) каждого кванта пропорциональ­на частоте волны (v):

Е = hv,

где h – постоянная Планка, равная 6,6 • 10^–34Дж • с.

В 1905 г. Эйнштейн создал квантовую теорию света, в которой показал, что свет распространяется в виде пото­ка световых квантов – фотонов, энергия которых описы­вается формулой Планка, а масса (т) формулой:

т = Е/с²,

т = hv/c² = h/lс,

где Е – энергия, т – масса, l – длина волны, h – постоянная Планка, с – скорость света.

Таким образом, свет имеет сложную природу: он представляет собой единство противоположных свойств – корпуску­лярных (квантовых) и волновых (электромагнитных). В результате возникло понятие корпускулярно-волнового дуализма (двойственности),согласно которому свет пред­ставляет собой единство дискретности и непрерывности.

Л. де Бройль в 1924 г. выдвинул гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальное значение – вол­новые свойства должны проявляться не только у фото­нов, но и у электрона, и других микрочастиц. Движение микрочастицы будет описываться как корпускулярными характеристиками – энергией, импуль­сом, так и волновыми – частотой и длиной волны. Формула де Бройля:

λ = h/p,

где λ – длина волны микрочастицы, например, электро­на, h – постоянная Планка, р – импульс частицы.

Микрочастицы проявляют двойственность свойств, т.е. корпускулярно-волновой дуализм, в зависимости от усло­вий они способны проявлять себя либо в виде волны, либо в виде частицы. Макроскопические тела проявляют только корпускулярные свойства.

Дата добавления: 2015-07-02