Фотон

Содержание

1. Волновые явления. Волны разрежения энергии в пространстве.
2. .

• фотоны

Двухщелевой эксперимент Юнга.

Знаменитый двухщелевой эксперимент Юнга,

на котором базируется квантовая механика,

имеет очень простое и здравомыслящее объяснение,

а нет тот бред — что общепринят наукой.

В данной статье мы откроем дверь в загадочный мир волновых явлений.

То, что знает о волновых явлениях наука — только крохотная толика от истины.

Истина знаний о волновых явлениях перевернет не только науку,

но и всю цивилизацию Человека.

Передача энергии на расстояние, аппараты на антигравитационной подушке,

безмедикаментозное лечение всех болезней — это далеко не полный перечень того,

что дадут человечеству полные знания о волновых явлениях.

Фотон как калибровочный бозон

Уравнения Максвелла, описывающие электромагнитное поле, могут быть получены из представлений калибровочной теории как следствие выполнения требования калибровочной инвариантности электрона относительно преобразования пространственно-временных координат. Для электромагнитного поля эта калибровочная симметрия отражает способность комплексных чисел изменять мнимую часть без воздействия на действительную, как в случае с энергией или лагранжианом.

Квант такого калибровочного поля должен быть безмассовым незаряженным бозоном, пока симметрия не нарушится. Поэтому фотон (который как раз и является квантом электромагнитного поля) рассматривается в современной физике как безмассовая незаряженная частица с целым спином. Корпускулярная модель электромагнитного взаимодействия приписывает фотону спин, равный $ \pm 1 $; это означает, что спиральность фотона равна $ \pm \hbar $. С точки зрения классической физики спин фотона можно интерпретировать как параметр, отвечающий за поляризационное состояние света (за направление вращения вектора напряжённости в циркулярно-поляризованной световой волне). Виртуальные фотоны, введённые в рамках квантовой электродинамики, могут также находиться в нефизических поляризационных состояниях.

В Стандартной модели фотон является одним из четырёх калибровочных бозонов, осуществляющих электрослабое взаимодействие. Остальные три (W+, W− и Z0) называются векторными бозонами и отвечают только за слабое взаимодействие. В отличие от фотона у векторных бозонов есть масса, они обязаны быть массивными вследствие того, что слабое взаимодействие проявляется лишь на очень малых расстояниях,

Важной проблемой квантовой теории поля является включение в единую калибровочную схему и сильного взаимодействия (так называемое «великое объединение»). Однако ключевые следствия посвящённых этому теорий, такие как распад протона, до сих пор не были обнаружены экспериментально.

Ссылки

Фотоны света Фундаментальные частицы — легкие элементарные частицы
Кварки: u-кварк · d-кварк · s-кварк · c-кварк · b-кварк · t-кварк
Лептоны: Электрон · Мюон · Тау-лептон · Электронное нейтрино · Мюонное нейтрино · Тау-нейтрино
Античастицы
Калибровочные бозоны: Фотоны · W и Z бозоны · Глюоны
До сих пор не обнаружены:

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Фотон. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

Примечания[править]

1. ↑ Cocconi, G (1992). «Upper Limits on the Electric Charge of the Photon». American Journal of Physics 60: 750—751.Kobychev, V V; Popov, S B (2005). «Constraints on the photon charge from observations of extragalactic sources». Astronomy Letters 31: 147—151. DOI:10.1134/1.1883345.Altschul, B (2007). «Bound on the Photon Charge from the Phase Coherence of Extragalactic Radiation». Physical Review Letters 98: 261801. Ошибка цитирования Неверный тег : название «chargeless» определено несколько раз для различного содержимого
2. ↑ Einstein, A (1905). «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt (trans. A Heuristic Model of the Creation and Transformation of Light)». Annalen der Physik 17: 132—148. (German). An English translation is available from Wikisource.
3. Einstein, A (1909). «Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung (trans. The Development of Our Views on the Composition and Essence of Radiation)». Physikalische Zeitschrift 10: 817—825. (German). An English translation is available from Wikisource.
4. Einstein, A (1916a). «Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie». Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 18: 318. (German)
5. Einstein, A (1916b). «Zur Quantentheorie der Strahlung». Mitteilungen der Physikalischen Geselschaft zu Zürich 16: 47. Also Physikalische Zeitschrift, 18, 121—128 (1917). (German)
6. Lewis, GN (1926). «The conservation of photons». Nature 118: 874—875.
7. Свет как электромагнитная волна

   См. масса в теории относительности для обсуждения связи между массой покоя и релятивистcкой массой.

8. Заметим, что при аннигиляции образуется два фотона (а не один), поскольку в системе центра масс сталкивающихся частиц их суммарный импульс равен нулю, а один рожденный фотон всегда будет иметь ненулевой импульс. Закон сохранения импульса требует рождения, как минимум, двух фотонов с нулевым общим импульсом. Энергия фотонов (и, следовательно, их частота) определяется законом сохранения энергии

9. Этот процесс является преобладающим при распространении гамма-лучей высоких энергий через вещество.

10. ↑ «Robert A. Millikan’s Nobel Lecture». Delivered 23 May
    .
11. Compton, A (1923). «A Quantum Theory of the Scattering of X-rays by Light Elements». Physical Review 21: 483—502.
12. «Wilhelm Wien Nobel Lecture». Delivered 11 December .
13. «Max Planck’s Nobel Lecture». Delivered 2 June .
14. Taylor, GI (1909). «Interference fringes with feeble light». Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 15: 114—115.

физико-математические науки

• , магистр, редактор

• СВЕТОНОСНАЯ СРЕДА
• ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА
• ФОТОН
• КВАНТ

В статье рассмотрены физические свойства фотона, как кванта электромагнитной волны в среде. Дан метод экспериментальной оценки его энергии и массы на основе эффекта давления излучения. Введено понятие амплитуды фотона, через которую выражена энергия по аналогии с энергией кванта упругой механической волны (фонона). Рассмотрена модель фотона в виде элементарного сдвигового возмущения, на основе чего сделана оценка его объёма. Итоговое выражение для энергии соответствует общеизвестному в части пропорциональности первой степени частоты, но более информативно.

Сжатый свет

есть замечательная статьяqbertychквадратурах

$$display$$E = E_0 \cos (\omega_0 t + \phi) = E_0 \cos \omega_0 t \cos \phi — E_0 \sin \omega_0 t \sin \phi =\\ = E_{ф} \sin \omega_0 t + E_{а} \cos \omega_0 t$$display$$

$$display$$E_{ф} = E_0 \sin \phi \approx E_0 \phi; \quad E_{a} = E_0 \cos \phi \approx E_0$$display$$

$inline$E_{ф}$inline$

$$display$$\Delta^2 E_{ф} \Delta^2 E_{а} \leq \frac{1}{2}$$display$$

сжать

$$display$$\Delta^2 E_{ф}^{sqz} = e^{-2r}\Delta^2 E_{ф}, \Delta^2 E_{a}^{sqz} = e^{2r}\Delta^2 E_{a}\\ \Delta^2 E_{ф}^{sqz} \Delta^2 E_{a}^{sqz} = \Delta^2 E_{ф} \Delta^2 E_{a} \leq \frac{1}{2},$$display$$

Слева: пример улучшения чувствительности LIGO с помощью сжатого света. Справа: лучшее сжатие на сегодняшний день было создано в нашей группе несколько лет назад: вакуумные флуктуации были подавлены на 15 дБ.

Усваиваемый растением поток фотонов

Весовой коэффициент фотосинтеза. Кривая весового коэффициента фотонов позволяет перевести PPFD в YPF; кривая весового коэффициента энергии позволяет сделать то же самое для ФАР, выраженной в ваттах или джоулях.

Как уже упоминалось выше, значение ФАР не учитывает разницу между разными длинами волн в диапазоне 400—700 нм. Кроме того, используется приближение, что волны за пределами этого диапазона имеют нулевую фотосинтетическую активность. Если известен точный спектр излучения, то фотосинтетический фотонный поток в мкмоль/с можно модифицировать, используя весовые коэффициенты для каждой длины волны. Этот параметр, представляет собой ФАР, взвешенную в соответствии с эффективностью фотосинтеза по каждой длине волны. Он носит название «усваиваемый растением поток фотонов» англ. yield photon flux (YPF). Красная кривая на графике показывает, что фотоны с длиной волны около 610 нм (оранжево-красный) обладают максимальной фотосинтетической активностью в расчёте на один фотон, поскольку коротковолновые фотоны несут больше энергии на один фотон. А вот максимум фотосинтеза в расчёте на одну единицу энергии находится при большей длине волны, около 650 нм (тёмно-красный).

Существует типичное заблуждение относительно влияния качества света на рост растений, поскольку многие производители утверждают, что можно значительно улучшить показатели роста изменив спектральное распределение или иначе говоря соотношение цветов в падающем свете. Этот утверждение базируется на широко распространённой оценке влияния качества света на фотосинтез, полученного на основе кривой усваиваемого растением потока фотонов или YPF-кривой, в соответствии с которой оранжевые и красные фотоны с длиной волны 600—630 нм дают на 20—30 % больше фотосинтеза чем голубые и циановые фотоны с длиной волны 400—540 нм. Следует помнить, что кривая YPF была построена на основе коротких измерений фотосинтеза в одном листе при низком освещении. Некоторые более длительные исследования, в которых использовались цельные растения при сильном освещении, указывают на то, что, по-видимому, качество света значительно меньше влияет на рост растений, чем его количество.

В случае объединения световой среды человека и растения предпочтительным является свет, обеспечивающий не только потребности растения, но и зрительный комфорт человека, т. е. белый свет высокой цветопередачи. Светодиодный белый свет по эффективности в мкмоль/Дж не уступает светильникам ДНаТ 600—1000 Вт, используемых в промышленных теплицах, и незначительно уступает узкополосным светодиодным источникам. Существует упрощённый способ оценки ФАР для белого светодиодного света: световой поток 1000 Лм соответствует фотосинтетическому фотонному потоку PPF=15 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует плотности фотосинтетического фотонного потока PPFD=15 мкмоль/с/м2.

Продажа Foton в России

Объявления о продаже новых и б/у авто

Москва

Sauvana 2016

1 150 000 q

Казань

Sauvana 2019

1 649 900 q

Казань

Sauvana 2019

1 639 900 q

Пермь

Tunland 2015

825 000 q

Симферополь

Sauvana 2019

1 674 900 q

Тюмень

Tunland 2016

1 150 000 q

Омск

Sauvana 2016

1 250 000 q

Радужный

Tunland 2016

1 100 000 q

Новосибирск

Sauvana 2017

988 388 q

Ленинск-Кузнецкий

Sauvana 2016

1 200 000 q

Тайга

Sauvana 2016

950 000 q

Томск

Sauvana 2019

1 674 900 q

Кемерово

Sauvana 2019

1 724 900 q

Кемерово

Sauvana 2019

1 824 900 q

Кемерово

Sauvana 2019

1 639 900 q

Кемерово

Sauvana 2018

1 589 900 q

Киселёвск

View 2006

420 000 q

Красноярск

Sauvana 2019

1 724 900 q

Белогорск

Sauvana 2016

1 300 000 q

Отзывы российских владельцев автомобилей Foton

Отзыв о Foton Sauvana, 2016
Выпуск 2016, в салоне конечно об….е…..наружили не тот год, заявили 17, а оказалось 16)))) и комплектация не совсем соответствует, на руле круиз контроль а в комплектации его нет, в брошуре его тоже нет, но только тогда здесь и вопрос, кто,где,зачем, для чего и сколько, в общем о чем писал всё…

Отзыв о Foton Sauvana, 2018
Был по случаю в дилерском центре у официалов и смотрел там Foton Sauvana. Хочу сказать, что она была мной досконально изучена))) Годно, не реально годная машина! Делая поправку на то, что это китаец вообще круто!! Да, интернет сейчас пестрит предложениями немцев и японцев, но, в итоге ценник…

Отзыв о Foton Sauvana, 2018
Всем доброго дня! Наконецто тоже решил оставить здесь отзыв во всех красках)) Мало ли кому он будет полезен.

За свою жизнь попробовал разнве авто: отечественный автопром, реноха была, митсу. Понял, что для нашего сурового подмосковья нужно брать посерьезнее внедорожник Саванна, который мне…

Статьи о Foton

Статьи об автомобилях Foton — тест-драйвы, обзоры, опыт эксплуатации, тюнинг.

Рынок новых автомобилей: сами мы семиместные;
Кроссоверы оказались на редкость кровожадным классом автомобильной фауны. От них уже серьезно пострадали внедорожники, седаны и универсалы, а компакт и прочие вэны они уничтожили почти подчистую. Отцы многодетных…

Сравнительный тест внедорожников DW Hower H3, Foton Sauvana и УАЗ Патриот. Без шуток;
Изначально мы хотели свести в этом тесте DW Hower H3, Foton Sauvana и Haval H9. Такой смешной заголовок напрашивался — «Три китайца красят яйца!». Но одно из трех «яичек», выкрашенных китайцами для нашего рынка, оказалос…

Первый тест китайского внедорожника Foton Sauvana. Сборная солянка;
Шасси скопировано с Toyota Fortuner первого поколения, в трансмиссии — агрегаты ZF, AISIN, BorgWarner, Dana, двигатель ведет родословную от Volkswagen — китайцы сделали Foton Sauvana по традиционному для поднебесного…

Новости о Foton

Проект грузовика с китайской кабиной обошелся ГАЗу в 1 млрд рублей;
31 июля «Группа ГАЗ» сообщила о выпуске первой партии нового среднетоннажного грузовика Валдай Next, особенности которого — бескапотная компоновка и кабина от китайского Foton Ollin. В пресс-релизе отмечалось, что…

Китайский Foton разработал «лжебронированный автомобиль»;
Китайская компания Foton, известная в России по своим пикапам и грузовичкам, готовится добавить в свою продуктовую линейку необычную модель — внедорожник, стилизованный под бронеавтомобиль.

«Буханка» по-китайски: Foton выпустил полноприводный микроавтобус;
В Китае начались продажи полноприводного внедорожного микроавтобуса Foton. Новинка относится к семейству легких коммерческих автомобилей Foton Toano, у них — рамная конструкция и полукапотная компоновка.

• Фронтальный погрузчик Lovol FL936H
• Что выбрать Газель NEXT, Hyundai Porter 2, Foton, JAC?
• Foton — стоит покупать, пробежный грузовик???

Сортировать по: типу кузова / алфавиту

Корпускулярно-волновой дуализм

Основные статьи: ,

Фотону свойствен корпускулярно-волновой дуализм.
С одной стороны, фотон демонстрирует свойства электромагнитной волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной волны фотона.
Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла.
.
Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон излучается или поглощается целиком объектами, причём размеры которых много меньше длины волны фотона (например, атомами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).

Попытки опровержения гипотезы фотона[править]

До 1923 года большинство физиков отказывались верить в то, что электромагнитное излучение обладает квантовыми свойствами. Вместо этого они склонны были объяснять поведение фотонов квантованием материи, как, например, в модели атома водорода, предложенной Бором. Хотя все полуклассические модели были опровергнуты экспериментами, они привели к созданию квантовой механики.

Как упомянуто в нобелевской лекции Роберта Милликена, предсказания, сделанные в 1905 г. Эйнштейном, были проверены экспериментально несколькими независимыми путями в первые два десятилетия 20-го века. тем не менее, до знаменитого эксперимента Комптона
большинство физиков неохотно соглашались с идеей
корпускулярной природы электромагнитного излучения.
(См., например, Нобелевскую лекцию Вильгельма Вина,Макса Планка и
Роберта Милликена.) Это неприятие объяснялось успехами волновой теории света Максвелла.

Многие физики считали, что квантование энергии в процессах излучения и
поглощения света являлось следствием неких свойств вещества, излучающего или поглощающего свет. Нильс Бор, Арнольд Зоммерфельд и другие создали модели атома с дискретными уровнями энергии, которые объясняли наличие спектров излучения и поглощения у атомов и, более того, находились в прекрасном согласии с наблюдаемым спектром водорода (правда, получить спектры других атомов в этих моделях не удавалось). Только рассеяние фотона свободным электроном (который не имеет внутренней структуры и, соответственно, не может иметь энергетических уровней) заставило многих поверить в квантовую природу света.

Метки

Адсорбция
Библия
Броуновское движение
Вращение Земли
Гравитационная постоянная
Гравитация
Граница Мохоровичича (Мохо)
Давление света
ЗЭТ
Закон Всемирного Тяготения
Землетрясение
Землетрясения
Земля
Ломоносов
Магнитные полюса
Масса
Планеты
Почему не падают облака
Смена магнитных полюсов
Солнце
Тепловой терминатор
Трансформатор Тесла
Тунгусский метеорит
Фотонно-квантовая гравитация
Эффект Мёссбаура
гравитон
детонация
зона электрических токов
крафон
магнитное поле Земли
молекулярно-кинетическая теория
постоянная гравитации
притяжение
серебристые облака
температура
теплота
теплота трение
термон
тяготение
фотон
электромагнитные волны
эффект гравитационного смещения

Модель фотонного газа Бозе — Эйнштейна

Квантовая статистика, применяемая к системам частиц с целочисленным спином, была предложена в 1924 году индийским физиком Ш. Бозе для квантов света и развита А. Эйнштейном для всех бозонов. Электромагнитное излучение внутри некоторого объёма можно рассматривать как идеальный газ, состоящий из совокупности фотонов, практически не взаимодействующих друг с другом. Термодинамическое равновесие этого фотонного газа достигается путём взаимодействия со стенками полости. Оно наступает тогда, когда стенки излучают в единицу времени столько же фотонов, сколько поглощают. При этом внутри объёма устанавливается определённое распределение частиц по энергиям. Бозе получил планковский закон излучения абсолютно чёрного тела, вообще не используя электродинамику, а просто модифицировав подсчёт квантовых состояний системы фотонов в фазовом пространстве. В частности, было установлено, что число фотонов в абсолютно чёрной полости, энергия которых приходится на интервал от $ ~\varepsilon $ до $ \varepsilon+d\varepsilon $, равно:

$ d n (\varepsilon) = \frac{V \varepsilon d \varepsilon^2}{\pi^2 \hbar^3 c^3 (e^{\varepsilon/kT} — 1)} $,

где $ ~V $ — объём полости, $ ~\hbar $ — постоянная Дирака, $ ~T $ — температура равновесного фотонного газа (совпадает с температурой стенок).

В состоянии равновесия электромагнитное излучение в абсолютно чёрной полости (так называемое тепловое равновесное излучение, или чернотельное излучение) описывается теми же термодинамическими параметрами, что и обычный газ: объёмом, температурой, энергией, энтропией и др. Излучение оказывает давление ~P на стенки, так как фотоны обладают импульсом. Связь этого давления с температурой отражена в уравнении состояния фотонного газа:

$ P = \frac{1}{3} \sigma T^4 $,

где $ ~\sigma $ — постоянная Стефана — Больцмана.

Эйнштейн показал, что эта модификация эквивалентна признанию того, что фотоны строго тождественны друг другу, а между ними подразумевается наличие «таинственного нелокального взаимодействия», сейчас понимаемого как требование симметричности квантовомеханических состояний относительно перестановки частиц. Эта работа в конечном счёте привела к созданию концепции когерентных состояний и способствовала изобретению лазера. В этих же статьях Эйнштейн расширил представления Бозе на элементарные частицы с целым спином (бозоны) и предсказал явление массового перехода частиц вырожденного бозонного газа в состояние с минимальной энергией при понижении температуры до некоторого критического значения (конденсация Бозе — Эйнштейна). Этот эффект в 1995 году наблюдался экспериментально, а в 2001 году авторам эксперимента была присуждена Нобелевская премия. В современном понимании бозоны, коими в том числе являются и фотоны, подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна, а фермионы, например, электроны, — статистике Ферми — Дирака.

История названия и обозначения[править]

Фотон изначально был назван «световым квантом» (das Lichtquant) его первооткрывателем, Альбертом Эйнштейном. Современное название, которое «фотон» получил от греческого слова φῶς, «phōs» (означает свет), было введено в 1926 химиком Гилбертом Н. Льюисом, который опубликовал теорию в которой фотоны считались «несоздаваемыми» и «неразрушимыми». Хотя теория Льюиса никогда не использовалась, так как находилась в противоречии с экспериментами, термин фотон начал использоваться большинством физиков.

В физике, фотон обычно означается символом \(\gamma\) (греческая буква гамма). В химии и оптической инженерии, для фотонов известно обозначение \(h \nu\), где \(h\) — постоянная Планка и \(\nu\) (греческая буква ню) — частота фотонов (произведение этих двух величин есть энергия фотона).

Световые кванты

Ключевые слова конспекта «Световые кванты»: Квантовая гипотеза Планка. Фотон. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм.
Раздел ЕГЭ по физике: 5.1. Корпускулярно-волновой дуализм

Квантовая гипотеза Планка. Фотон

Квантовая гипотеза Планка: излучение электромагнитных волн атомами и молекулами вещества происходит не непрерывно, а дискретно, т. е. отдельными порциями – квантами. Энергия кванта прямо пропорциональна частоте излучения:

Е = hv,

где h = 6,62 • 10–34 (Дж • с) – постоянная Планка.

Фотон – это квант света, представляющий из себя электрически нейтральную частицу, которая не имеет массы покоя, а существует только при движении ее со скоростью света в вакууме с = 3 • 108 м/с.

Энергия и импульс фотона выражаются через волновые физические характеристики – частоту и длину волны:

Е = m • с2

Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта

Фотоэффект – это явление взаимодействия света с веществом в результате, которого происходит вырывание фотоэлектронов. При внешнем фотоэффекте фотоэлектроны покидают поверхность тела. При внутреннем фотоэффекте фотоэлектроны остаются внутри вещества.

Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из металла. Работа выхода зависит только от рода материала и определяется по таблице.

Законы внешнего фотоэффекта:

• Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на вещество.
• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличивается при увеличении частоты падающего на вещество излучения и не зависит от интенсивности света.
• Для каждого вещества существует максимальная длина электромагнитной волны λ_max (красная граница фотоэффекта), за которой начинается фотоэффект. Облучение вещества световыми волнами большей длины фотоэффект не вызывают.

Данные законы были установлены опытным путем, их невозможно объяснить с помощью волновой теории света. Явление фотоэффекта и его законы были объяснены А. Эйнштейном с помощью квантовой теории света.

Каждый фотон взаимодействует только с одним электроном.

Закон сохранения энергии называют уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

Энергия фотона идет на совершение работы выхода и на сообщение выбитому фотоэлектрону кинетической энергии.

Давление света

Давление света – это давление, которое создает электромагнитная волна, падая на поверхность тела.

Давление света на зеркальную поверхность в два раза больше, чем на черную (поглощающую) поверхность.

Изменение импульса фотона при отражении от зеркальной поверхности Δр = 2р. Изменение импульса фотона при поглощении есть Δр = –р.

Если коэффициент отражения энергии препятствием равен R, а число падающих фотонов на единицу поверхности препятствия, при интенсивности света I равно:

N = I / (h • v)

то из них N • R фотонов отразится, a N •  (1 – R) – поглотится поверхностью препятствия.

Полное давление света на поверхность препятствия равно:

Корпускулярно-волновой дуализм

Корпускулярно-волновой дуализм – это проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств.

Свет обладает одновременно как волновыми свойствами (интерференция, дифракция, поляризация) так и корпускулярными свойствами (давление света, фотоэффект), т. е. ведет себя как корпускула (частица).

Сами по себе волновая и корпускулярная модели света являются односторонними, имеющими ограничения. В совокупности они позволяют подойти к более полному описанию реального мира.

Конспект урока по физике в 10-11 классах «Световые кванты». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике

История[править]

Квантовый характер излучения и поглощения энергии электромагнитного поля был постулирован М. Планком в для объяснения свойств теплового излучения. Термин «фотон» введён химиком Г. Льюисом в .

Фотон
Классификация
Элементарная частица Бозон Калибровочный бозон Переносчик электромагнитного взаимодействия
Свойства
символ = \(\gamma,\,\)<br\> иногда \(\gamma^0,\, h\nu\) Количество типов = 1 Поколение = — взаимодействие = электромагнитное, гравитационное Античастица = \(\gamma\,\) теоретически_обоснована = М. Планк ();Альберт Эйнштейн (−) обнаружена = (окончательное подтверждение) масса = 0 (<6×10−17эВ) время_жизни = стабилен каналы_распада = — электрический_заряд = 0 (<10−32e) цветовой_заряд = — спин = 1 Кол-во спиновых состояний = 2

В современной физике фотон — переносчик электромагнитного взаимодействия (часто называется элементарной частицей), фундаментальная составляющая света и всех других форм электромагнитного излучения.

Современная теория была разработана в 1905—1917 гг. Альбертом Эйнштейном
для объяснения наблюдаемых в экспериментах противоречий с классической волновой теорией света, например при изучении фотоэффекта.

Предпринимались попытки объяснить аномальное поведение света полуклассическими моделями, в которых свет по-прежнему описывается уравнениями Максвелла, а объекты, излучающие и поглощающие свет, квантуются. Несмотря на то, что полуклассические модели оказали влияние на развитие квантовой механики, эксперименты полностью подтвердили правоту Эйнштейна о корпускулярной природе света.

Концепция фотона привела ко многим новым теориям и открытиям, например, лазер, конденсация Бозе — Эйнштейна, квантовая теория поля и вероятностная интерпретация квантовой механики. В соответствии со Стандартной Моделью физики элементарных частиц, фотоны ответственны за наличие всех электрических и магнитных полей, а само их существование следует из симметрии физических законов относительно пространства и времени. Внутренние свойства фотона (электрический заряд, масса и спин) определяются калибровочной симметрией.

Концепция фотонов имеет множество приложений, таких фотохимия, видеотехника, компьютерная томография, микроскопия высокого разрешения и измерение межмолекулярных расстояний. С недавнего времени фотоны также изучаются как элементы квантовых компьютеров и сложных приложений в передаче данных (квантовая криптография).

5.3. Эффект Комптона *)

Концепция фотонов, предложенная А. Эйнштейном в 1905 г. для объяснения фотоэффекта, в 1922 г. получила экспериментальное подтверждение в опытах американского физика А. Комптона. Комптон исследовал упругое рассеяние коротковолнового рентгеновского излучения на свободных (или слабо связанных с атомами) электронах вещества. Открытый им эффект увеличения длины волны рассеянного излучения, названный впоследствии эффектом Комптона, не укладывается в рамки волновой теории, согласно которой длина волны излучения не должна изменяться при рассеянии. Согласно волновой теории, электрон под действием периодического поля световой волны совершает вынужденные колебания на частоте волны и поэтому излучает рассеянные волны той же частоты.

Схема Комптона представлена на рис. 5.2.1. Монохроматическое рентгеновское излучение с длиной волны λ, исходящее из рентгеновской трубки R, проходит через свинцовые диафрагмы и в виде узкого пучка направляется на рассеивающее вещество-мишень P (графит, алюминий). Излучение, рассеянное под некоторым углом θ, анализируется с помощью спектрографа рентгеновских лучей S, в котором роль дифракционной решетки играет кристалл K, закрепленный на поворотном столике. Опыт показал, что в рассеянном излучении наблюдается увеличение длины волны Δλ, зависящее от угла рассеяния θ:

Λ = 2,43·10–3 нмкомптоновская длина волныλλ

Рисунок 5.3.1.Схема эксперимента Комптона

На рис. 5.3.2 представлены кривые распределения интенсивности в спектре излучения, рассеянного под некоторыми углами.

Рисунок 5.3.2.Спектры рассеянного излучения

Объяснение эффекта Комптона на основе квантовых представлений о природе излучения было дано в 1923 году независимо друг от друга А. Комптоном и П. Дебаем. Если принять, что излучение представляет собой поток фотонов, то эффект Комптона есть результат упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами вещества. У легких атомов рассеивающих веществ электроны слабо связаны с ядрами атомов, поэтому их можно считать свободными. В процессе столкновения фотон передает электрону часть своей энергии и импульса в соответствии с законами сохранения.

Рассмотрим упругое столкновение двух частиц – налетающего фотона, обладающего энергией E = hν и импульсом p = hν / c, с покоящимся электроном, энергия покоя которого равна
Фотон, столкнувшись с электроном, изменяет направление движения (рассеивается). Импульс фотона после рассеяния становится равным p = hν / c, а его энергия E = hν < E. Уменьшение энергии фотона означает увеличение длины волны. Энергия электрона после столкновения, в соответствии с релятивистской формулой (см. § 4.5), становится равной где p_e – приобретенный импульс электрона. Закон сохранения записывается в виде

Закон сохранения импульса

Рисунок 5.3.3.Диаграмма импульсов при упругом рассеянии фотона на покоящемся электроне

Из двух соотношений, выражающих законы сохранения энергии и импульса, после несложных преобразований и исключения величины p_e можно получить

Переход от частот к длинам волн приводит к выражению, которое совпадает с формулой Комптона, полученной из эксперимента:

Таким образом, теоретический расчет, выполненный на основе квантовых представлений, дал исчерпывающее объяснение эффекту Комптона и позволил выразить комптоновскую длину волны Λ через фундаментальные константы h, c и m:

Как показывает опыт, в рассеянном излучении наряду со смещенной линией с длиной волны λ наблюдается и несмещенная линия с первоначальной длиной волны λ. Это объясняется взаимодействием части фотонов с электронами, сильно связанными с атомами. В этом случае фотон обменивается энергией и импульсом с атомом в целом. Из-за большой массы атома по сравнению с массой электрона атому передается лишь ничтожная часть энергии фотона, поэтому длина волны λ рассеянного излучения практически не отличается от длины волны λ падающего излучения.

Модель. Комптоновское рассеяние