Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ФІЗИКА

Частина 4

ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ

 

Розділ 13 КОРПУСКУЛЯРНІ ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА

 

13.9. Двоїста корпускулярно-хвильова природа світла

 

Яка ж природа світла насправді? Чи є воно електромагнітними хвилями, які випромінюються джерелом світла, чи джерело світла випромінює потік фотонів, що летять у просторі зі швидкістю світла у вакуумі? На перший погляд здається, що дві точки зору на природу світла — хвильова і квантова — взаємно виключають одна одну. Деякі ознаки хвилі і частинок дійсно протилежні. Так, рухомі частинки перебувають у певних точках простору, тоді як немає сенсу говорити про місцезнаходження в певній точці простору хвилі, що поширюється. Необхідність приписувати світлу взаємовиключні властивості — хвильові й корпускулярні — може справити враження недосконалості наших уявлень про природу світла, а двоїстість природи світла здається штучною. Розвиток оптики, вся сукупність оптичних явищ довели, що світло має складну двоїсту корпускулярно-хвильову природу: має одночасно і хвильові, і корпускулярні властивості. Світлу притаманні також хвильові властивості неперервних електромагнітних хвиль і квантові властивості дискретних фотонів. Двоїста природа світла знаходить своє відображення у формулах (13.10), (13.14) і (13.15), що визначають основні характеристики фотонів. Як видно з цих формул, корпускулярні характеристики фотона — енергія ε, імпульс р і маса m — пов’язані з хвильовою характеристикою світла — його частотою ν (або довжиною хвилі λ).

У прояві суперечливих властивостей світла спостерігається важлива закономірність. У довгохвильового випромінювання (наприклад, інфрачервоного світла) квантові властивості проявляються менше, тоді як хвильові властивості виявляються чіткішими. Якщо ж «пересуватись» уздовж шкали електромагнітних хвиль від довгих хвиль у бік більш коротких, то поступово хвильові властивості світла проявлятимуться менше, поступаючись місцем корпускулярним, які стають чіткішими. Це видно, наприклад, з аналізу випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від довжини хвилі, пояснення червоної межі фотоефекту та ін.

Як було показано в цьому розділі, випромінювання абсолютно чорного тіла у разі великих довжин хвиль можна пояснити, виходячи із класичних уявлень про неперервність процесу випромінювання, тоді як у разі малих довжин хвиль потрібний якісно новий підхід до розуміння природи випромінювання. Наявність «червоної межі» фотоефекту суперечить класичним уявленням, її можна зрозуміти тільки з точки зору корпускулярних уявлень про природу світла. Квадрат амплітуди світлової хвилі в будь-якій точці простору є мірою ймовірності попадання фотонів у цю точку. При цьому хвильові й корпускулярні властивості взаємно доповнюють одна одну. Вони виявляють справжні закономірності поширення світла і його взаємодію з речовиною. Корпускулярні властивості світла зумовлені тим, що енергія, імпульс і маса випромінювання зосереджені в частинках — фотонах. Ймовірність знаходження фотонів у певних точках простору визначається хвильовими властивостями світла — амплітудою світлової хвилі.

Отже, хвильові властивості притаманні не лише сукупності великої кількості фотонів, що одночасно випромінюються. Кожний окремий фотон має хвильові властивості, які проявляються в тому, що для фотона не можна точно визначити, в яку саме точку екрана він попаде після проходження щілини. Можна говорити лише про ймовірність попадання кожного фотона в ту або іншу точку екрана.

Таким чином, аналіз випромінювання абсолютно чорного тіла, явища фотоефекту, досліду Йоффе — Добронравова, ефекту Комптона, дослідів Вавилова неухильно свідчить про корпускулярну природу світла, про фізичну реальність фотона. Щоправда, корпускули світла Ейнштейна — фотони — істотно відрізняються від корпускул світла в розумінні стародавніх вчених і навіть І. Ньютона. Проте з корпускулярної точки зору не можна пояснити такі властивості світла, як інтерференція, дифракція, поляризація. Під світлом слід розуміти потік електромагнітних хвиль і водночас корпускул (фотонів). Крім того, фотон є корпускулою особливого роду. Основна характеристика його дискретності — властива йому порція енергії — визначається через хвильову характеристику — частоту ν (ε = hν).Так у фізику вперше ввійшла зовсім незвична ідея певного внутрішнього зв’язку дискретного і неперервного, корпускули й хвилі, ідея, яку почали називати корпускулярно-хвильовим дуалізмом.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм, розкритий сучасною фізикою, є яскравим вираженням діалектичної суперечності єдності перервного і неперервного в будові матерії. Ця об’єктивна суперечність розкривається в процесі нашого пізнання дійсності. Категорії перервного і неперервного, деталізовані в процесі розвитку фізики за допомогою понять частинки і хвилі, кванта й відповідних їм полів, полів і відповідних їм квантів і т. д, відображають лише частково невичерпну об’єктивну реальність. Єдність цих протилежностей, що склалися в процесі пізнання дійсності й постійного поглиблення цього пізнання, виражає невичерпність, складність, суперечливість реального світу.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.