Некоторые кванты
Кванты некоторых полей имеют специальные названия:
фотон — квант электромагнитного поля;
глюон — квант векторного (глюонного) поля в квантовой хромодинамике (обеспечивает сильное взаимодействие);
гравитон — гипотетический квант гравитационного поля;
фонон — квант колебательного движения атомов кристалла.
У всех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). В случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. Однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. Даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. Интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. Оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. Энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна
E = hν,
где h = 4·10-15 эВ·с = 6·10-34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира. С отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. Давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. Одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя немецкими физиками — Максом Планком и Альбертом Эйнштейном.
Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. Один электрон-вольт (1 эВ) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. Это очень небольшая величина, в единицах системы Си 1 эВ = 6·10-18 Дж. Но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.
От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.
Энергия фотона, согласно квантовой
механике, пропорциональна
частоте:
,
где h — постоянная
Планка, Е — энергия,
—
частота. Длина электромагнитной волны
в вакууме
обратно пропорциональна частоте и
выражается через скорость
света:
.
Говоря о длине электромагнитных волн
в среде, обычно подразумевают эквивалентную
величину длины волны в вакууме, которая
отличается на коэффициент
преломления, поскольку частота
волны при переходе
из одной среды в другую
сохраняется, а длина волны — изменяется.
Свет - электромагнитные волны видимого спектра. К видимого диапазона относятся электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (7.5 10 14 - 4 10 14 Гц), т.е. с длиной волны от 400 до 760 нанометров.
В физике термин "свет" имеет широкое значение и является синонимом оптического излучения, т.е. включает в себя инфракрасную и ультрафиолетовую области спектра.
Свойства света изучаются разделами физики оптикой и спектроскопией. Измерение интенсивности света - область фотометрии.