Некоторые опыты, подтверждающие квантовые свойства света

Идея Эйнштейна о распространении света в виде потока отдельных фотонов и квантовом характере взаимодействия электромагнитного излучения с веществом подтверждена опытами А.Ф. Иоффе и Н.И. Добронравова (1925).

Не вдаваясь в технические подробности этого опыта, рассмотрим его суть. В электрическом поле плоского конденсатора взвешивалась заряженная пылинка из висмута. Эта уравновешенная пылинка в среднем каждые 30 мин выходила из равновесия («вздрагивала») при попадании в нее рентгеновского излучения (число рентгеновских импульсов составляло 1000 в I с). Это означало, что с такой средней частотой рентгеновское излучение освобождало фотоэлектрон.

С точки зрения волновой теории результаты опыта Иоффе и Добронравова необъяснимы. В самом деле, энергия каждого рентгеновского импульса должна распространяться во все стороны в виде сферической волны. Каждый из таких импульсов отдавал бы пылинке очень малую часть своей энергии, которая распределялась бы, в свою очередь, между огромным числом электронов, содержащихся в пылинке. Поэтому при таком механизме трудно вообразить, что один из электронов за такое короткое время, как 30 мин, может накопить энергию, достаточную для преодоления работы выхода из пылинки.

Результаты же этих опытов с точки зрения квантовой теории вполне объяснимы. Так, если рентгеновское излучение распространяется в виде потока дискретных фотонов, то электрон выбивается из пылинки только тогда, когда в нее попадает фотон. Элементарный расчет для выбранных условий показывает, что в среднем в пылинку попадает один фотон из 1,8 • 106. Так как в 1 с вылетает 1000 фотонов, то в среднем в пылинку будет попадать один фотон в 30 мин, что согласуется с результатами опыта.

Если свет представляет собой ноток фотонов, то каждый фотон, попадая в регистрирующий прибор (глаз, фотоэлемент), должен вызывать то или иное действие независимо от других фотонов. Это же означает, что при регистрации слабых световых потоков должны наблюдаться флуктуации их интенсивности. Эти флуктуации слабых потоков видимого света действительно наблюдались С.И. Вавиловым.

Наблюдения проводились визуально. Глаз, адаптированный к темноте, обладает довольно резким порогом зрительного ощущения, т. е. воспринимает свет, интенсивность которого не меньше некоторого порога. Для света с X = 525 нм порог зрительного ощущения соответствует у разных людей примерно 100—400 фотонам, падающим на сетчатку за 1 с. С.И. Вавилов наблюдал периодически повторяющиеся вспышки света одинаковой длительности. С уменьшением светового потока некоторые вспышки уже не воспринимались глазом, причем чем слабее был световой поток, тем больше было пропусков вспышек. Это объясняется флуктуациями интенсивности света, т. е. число фотонов оказывалось по случайным причинам меньше порогового значения. Таким образом, опыт Вавилова явился наглядным подтверждением квантовых свойств света.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >