Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции по физике за 2 и 3 семестры / Fizika.Излучение.Гл.1-4.3 semestr.doc
Скачиваний:
132
Добавлен:
26.05.2014
Размер:
1.23 Mб
Скачать

46

Введение

Предлагаемое учебное пособие посвящено основам квантовой оптики, атомной и ядерной физики и является естественным продолжением предыдущей работы авторов [1], в которой излагались вопросы волновой оптики и их связь с фундаментальными проблемами физики.

Понимание явлений физики излучения, атомной и ядерной физики, как и всех явлений микромира, невозможно без квантовых представлений. Классическая физика оказалась недостаточной для истолкования явлений атомного масштаба и, тем более, физики элементарных частиц. Потребовалось введение совершенно новых квантовых понятий. Необходимость и плодотворность их впервые обнаружилась при изучении проблемы распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза, представление о фотонах и процессе излучения, как о квантовом переходе атомной системы из одного энергетического состояния в другое, позволили также объяснить закономерности фотоэффекта, эффекта Комптона и ряд других эффектов, непонятных с точки зрения классической волновой теории света. Особенно отчетливо квантовые свойства проявились в области рентгеновского и -излучения. Квантовый характер излучения и поглощения был использован Н.Бором для объяснения закономерностей, наблюдаемых в спектрах разреженных газов. Эти же представления необходимы для введения понятия индуцированного излучения и объяснения принципов работы лазеров.

В то же время открытие явления дифракции электронов подтвердило гипотезу де Бройля о наличии у частиц вещества волновых свойств, и в настоящее время принято говорить о дуализме волн и частиц. Наличие у частиц волновых свойств привело к необходимости создания волновой или квантовой механики, основным уравнением которой является уравнение Шредингера. Используя аппарат квантовой механики, удалось достоверно описать строение атома и атомных ядер, процессы, происходящие в мире микрочастиц.

Разумеется, в курсе общей физики, частью которого является это пособие, большинство вопросов атомной и ядерной физики рассматриваются авторами качественно, на основе общих принципов, избегая сложного математического аппарата квантовой механики. Излагаются основные идеи, их физический смысл, методы исследования и результаты, полученные современной физикой. При этом обращено внимание на преемственность современной и классической физики, непреходящую ценность результатов классической физики, без усвоения которых трудно проникнуться идеями современной квантовой физики. Вопросы истории, экспериментального обоснования физических законов, применения их в технике и других науках затронуты в пособии лишь постольку, поскольку это необходимо для понимания изучаемых разделов курса.

Таково в кратких чертах содержание данного пособия. Для более полного понимания и усвоения предлагаемого материала рекомендуется сочетать его изучение с разбором решений задач, подобранных этим же коллективом авторов в [2].

1. Тепловое излучение

Под тепловым излучением понимают свечение нагретых тел, при котором электромагнитное излучение, испускаемое веществом, возникает за счет внутренней энергии тела (излучающие атомы оказываются в возбужденном состоянии за счет энергии теплового движения).

Объяснение особенностей теплового излучения сыграло громадную роль в истории физики. Дело в том, что к концу XIX века считалось, что развитие физики практически завершено. Действительно, законы классической физики (механики, молекулярной физики, электромагнетизма, теории волн и т.д.) объясняли почти все наблюдаемые на опыте явления. Существовало только несколько опытных фактов, теоретического обоснования которых не было найдено. Но многие исследователи работали над решением этих проблем и думали, что в ближайшее время, как только будут объяснены эти, казалось бы, незначительные моменты, строительство стройного здания физики будет завершено.

Тепловое излучение являлось одним из таких, не нашедших своего объяснения, явлений.

I(,T)

Рис.1.1

Опыты показывали, что тепловое излучение имеет сплошной спектр, положение максимума которого зависит от температуры вещества. Примерный график зависимости интенсивности излучения I от длины волны для нескольких температур излучающего тела T представлен на рис.1.1.

На протяжении многих лет ученые пытались теоретически обосновать особенности спектра теплового излучения, но, в лучшем случае, им удавалось решить только некоторые частные задачи, а иногда их, безупречные с точки зрения классической физики выкладки, приводили к абсурдным результатам. И только в 1900 г. Максу Планку удалось найти окончательное теоретическое решение задачи теплового излучения. Необходимо отметить, что решение это было найдено путем принципиального изменения основных положений физики  путем создания теории квантов. Эта новая теория оказалась столь важной и плодотворной, что дальнейшее развитие ее составило главное содержание теоретической физики ХХ века. И в настоящее время квантовая теория является неотъемлемой частью почти всех областей современной физики.