Теория фотоэффекта

В том же номере журнала, в котором была опубликована первая статья по теории относительности, была ещё одна работа Эйнштейна, анализирующая структуру света.

Весомая материя состоит из недробимых атомов, а электромагнитное поле представляется как нечто однородное и неделимое. Однако излучение, согласно Планку, не непрерывно, а дискретно, и есть некоторые данные, наталкивающие на мысль, что и поглощение дискретно. Нельзя ли предположить, что электромагнитное поле дискретно всегда, состоит из частичек – квантов, атомов поля?

Эйнштейн применяет термодинамические уравнения к лоренцовым осцилляторам для случая малых температур и энергий (здесь зернистость излучения должна выступать отчётливей) и получает формулы, очень сходные с формулами, описывающими поведение молекул газа.

Явление, наталкивающие на мысль о дискретности поглощения – это фотоэффект. Феномен фотоэффекта был открыт Герцем в 1878 г. и десятилетием позже детально изучен Столетовым. Говоря языком более поздней физики, при облучении металла ультрафиолетом его поверхность начинала испускать электроны. Если длина волны излучения была больше пороговой, фотоэффект отсутствовал. С уменьшением длины волны и соответственно, частоты света, он рос. Кинетическая энергия вылетающих электронов линейно зависела частоты света, но на неё совершенно не влияла интенсивность облучения. Это было странно. Энергия колебательных движений определяется не только частотой, но и амплитудой. Разумно предположить, что осциллирующий электрон, как гимнаст на батуте, поймав резонирующую частоту, будет подпрыгивать всё выше и выше, увеличивая амплитуду – пока не выпрыгнет вон из металла. Чтобы проделать этот фокус, достаточно дать интенсивное излучение, а частота совершенно не важна.

В этой статье Эйнштейн даёт и объяснение фотоэффекта. Кванты Планка – реально существующие частицы, которые, попав в электрон, выбивают его из металла. Осциллирующий электрон - что-то вроде шарика на пружинке. Для того, чтобы порвать пружинку, необходимо затратить работу. Если энергия кванта света равна или превышает численное значение этой работы, то квант света выбьет электрон, причём, чем больше энергия фотона превышает пороговую работу ("разрыв пружинки"), тем быстрее будет двигаться выбитый электрон. Ну а энергия кванта прямо зависит от частоты. Скорость выбитого электрона тоже должна быть прямо пропорциональна частоте.

Замечательный экспериментатор Роберт Милликен продемонстрировал линейную зависимость скорости от частоты – но только в 1915 г.

Итак, планковская “порция” энергии оказывается материальным тельцем, энергия становится веществом – это раз. Свет превращается в поток частиц – квантов –это два. И, наконец, когда мы решаем задачи со сталкивающимися шариками, должны учитывать закон сохранения импульса. Импульс = масса

скорость. Массы у света нет – откуда взяться импульсу? Эйнштейн рассматривает энергию кванта (она-то есть) как эквивалент релятивистскому дефекту масс E = mс2, где с – скорость света. Тогда если энергию разделить на скорость света, получим нечто размерности импульса.

Здесь всё вопиёт к отмщению. Энергия, работа – это сила, умноженная на путь, нет в ней ничего материального, сила и путь – это не то, что можно трогать. Планк определил какие-то ограничители для колеблющихся электронов. Природа их непонятна, но предположить, что эти ограничители способны летать в пространстве – абсурд! Свет - волновой процесс, а не поток частиц, и тому есть миллионы доказательств. А уж если квант света - частица, то почему её энергия определяется через длину волны или частоту колебаний? И, наконец, это математическое шулерство с импульсом! Публикации Эйнштейна по фотоэффекту вызывали у многих физиков не только неприятие, но и открытое возмущение.

Эйнштейн посвятил квантованию света серию статей, в которых, в частности, пытался отыскать связь между волновой и корпускулярной природой света. Он чувствовал физическую несостоятельность концепции света как “волн эфира без эфира“. Лоренц в 1909 г., сравнивая оба подхода, находил зияющие бреши и там и тут. Он показал, что объяснить фотоэффект волновая теория не способна – электрон слишком мал, чтобы та часть света, которая падает именно на него, способна была произвести какую-либо работу. Накапливались факты, подтверждающие корпускулярную теорию света и квантовую природу распределения энергии в веществе – в области люменисценции, фотоионизации, физике низких температур (нарушение закона Дюлонга-Пти).


Другое по теме:

Понятие о характере
Характер-это совокупность индивидуальных психических свойств, складывающихся в деятельности и проявляющихся в типичных для данного человека способах деятельности и формах поведения. Главная особенность характера как психического феномена ...

Скорость обмена пограничных липидов со свободными липидами
Термин «пограничный липидный слой» был введен в связи с появлением идеи о существовании стационарного (неподвижного) слоя липида, связанного с поверхностью белка, например цитохромоксидазы. Под «стационарностью» понимается отсутствие обме ...

«Adam Qadmon». Человек первоначальный
Представители рода Человек очень разные. Так было и в древности, и теперь. Этот факт облегчает понимание антропогенеза как событий масштаба не одной долины, а целых континентов. Один только вид-фратрия Homo sapiens объединяет очень страхо ...