Опыты Боте. Фотоны и их свойства

Наиболее непосредственное подтверждение гипотезы Эйнштейна дал в 1924 г. опыт Боте'). Тонкая металлическая фольга Ф (рис. 8.4) помещалась между двумя газоразрядными счетчиками Сч. Фольга освещалась слабым пучком рентгеновских лучей, под действием которых она сама становилась источником рентгеновского излучения ((это явление называется рентгеновской флуоресценцией). Вследствие малой интенсивности первичного пучка количество квантов, испускаемых фольгой, было невелико. При попадании в него рентгеновских лучей счетчик срабатывал и приводил в действие особый механизм М, делавший отметку на движущейся ленте Л. Если бы излучаемая энергия распространялась равномерно во все стороны, как это следует из волновых представлений, оба счетчика должны были бы срабатывать одновременно и отметки на ленте приходились бы одна против другой. В действительности же наблюдалось совершенно беспорядочное расположение отметок. Это можно объяснить лишь тем, что в отдельных актах испускания возникают световые частицы, летящие то в одном, то в другом направлении.

Рис. 8.4. Схема опыта Боте

Итак, было экспериментально доказано существование особых световых частиц — фотонов. Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами.

Энергия фотона определяется его частотой: -

Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии: (15.10)

, следовательно, масса фотона определяется уравнением

Как следует из (15.10)

1) масса фотона равна нулю,

2) фотон всегда движется со скоростью с.

Сказанное означает, что фотон представляет собой частицу особого рода, отличную от таких частиц, как электрон, протон и т. п., которые могут существовать, двигаясь со скоростями, меньшими с, и даже покоясь. Надо иметь в виду, что фотоны движутся со скоростью с не только в вакууме, но и в веществе. «Замедление» света в веществе обусловлено тем, что при прохождении через вещество фотоны поглощаются атомами и вслед за тем испускаются вновь. Между актами поглощения и испускания проходит некоторое время, вследствие чего средняя скорость фотонов в веществе оказывается меньше с.

Движение любой классической частицы характеризуется импульсом , так как фотон движется только со скоростью света с, то его импульс (15.11)

Из выражения (15.11) следует, что свет представляет собой сложное явление, сочетающее в себе свойства электромагнитной волны и свойства потока частиц. Такое сочетание называется корпускулярно-волновым дуализмом.

Заключение

1.Изучение законов абсолютно черного тела дает возможность изучать излучение других тел (серых).

2.Теория теплового излучения дает понятие кванта света и рассматривает излучение света нагретыми телами как поток квантов.

3.Теория Эйнштейна фотоэффекта показывает, что свет не только излучается как поток квантов, но и поглощается тоже квантами.

4. Опыты Боте подтверждают, что свет и распространяется тоже квантами.