Корпускулярно-волновая двойственность(дуализм) света

Эффект Комптона

Квантовые свойства света проявляются в явлении, которое в 1923 году обнаружил Комптон. Наблюдение рассеивания рентгеновских лучей легкими вещества (графит и т.д.).

K

P₂

P₁

D

q

Схема опыта: узкий пучок рентгеновских лучей, пройдя диафрагмы P₁ и P_{2 ,} падает на легкое, рассеивающее вещество K. После рассеивания на угол q попадает на рентгеновский приемник D для изменения длины волны. В опытах было обнаружено, что в рассеянном излучении наряду с длиной волны падающего излучения l присутствуют лучи с длиной волны l¢>l.

Вместе с классическим рассеиванием с неизменной длиной волны l существует рассеивание с длиной волны смещенной в сторону больших длин волн. Этот новый тип рассеивания получил название явление Комптона.

Опыт показал, что длина волны l¢>l, Dl=l¢–l=L(1 – cosq).

– постоянная Комптона, L=0,0024 нм.

При комптоновском рассеивании соблюдается закон сохранения энергии и импульса: Е_ф=Е¢_ф+Е_е, где Е_ф– энергия падающего фотона, Е¢_ф– энергия рассеивания фотона, Е_е– энергия электрона отдачи;.

:

Векторная диаграмма импульсов:

падающий фотон

q

рассеивающий фотон

электрона отдачи

В таких явлениях, как фотоэффект, эффект Комптона наиболее ярко проявляются корпускулярные(квантовые) представления о природе света. Из опыта известно, что свет, т.е. электромагнитное излучение обнаруживает удивительное единство, как кажется, взаимно искажающих свойств: непрерывных – волны, дискретных – фотоны, которые взаимно дополняют друг друга. С уменьшением длины волны более четко проявляются квантовые свойства света. Волновые свойства у коротковолнового излучения проявляются слабо, а у длинноволнового основную роль играют волновые свойства. Уравнения, которые связывают корпускулярные свойства электромагнитные излучения (e, фотона) с волновыми свойствами (u, l):

Взаимосвязь между корпускулярными и волновыми свойствами света можно объяснить использованием статического подхода к рассмотрению закономерностей распространения света.

Из квантовых оптических явлений известно, что свет – это поток фотонов, в котором локализованы энергия, импульс и масса излучения. При прохождении света через оптическую систему (дифракционную решетку) происходит перераспределение фотонов в пространстве и возникает дифракционная картина. Освещенность экрана E ~ n₀, n₀ – число падающих фотонов. E,n₀ ~ w – вероятности попадания фотонов в рассматриваемую точку экрана Þ E ~ w _.

С другой стороны, с точки зрения волновых представлений о природе света, мы знаем, что освещенность экрана E ~ I (интенсивность), а I ~ A² (амплитуда) E ~ A².

Квадрат амплитуды световой волны в какой-либо точке пространства является мерой вероятности попадания фотонов в эту точку: А² ~ w.

Корпускулярные свойства электромагнитного излучения обусловлены тем, что e, r, m излучения локализованы в дискретных частицах (фотонах), а волновые – статистическими закономерностями, определяющими вероятностного нахождения фотонов в любой точке пространства. Волновые свойства присущи не только пучку фотонов, но и каждому отдельному фотону. Волновые свойства фотона проявляются в том, что для него нельзя указать точно, в какую точку экрана он попадает после прохождения через оптическую систему. Можно говорить лишь о вероятности попадания каждого фотона в любую точку экрана.

Дата добавления: 2014-01-04