3. Заключение

Итак, после реализации новаторских идей Планка, Эйнштейна и других выдающихся физиков начала XX в. широкое распространение получила физика фотонов, или квантовая оптика, объясняющая ряд явлений, истолкование которых было затруднительно в рамках электромагнитной теории света.

Естественно, что возник вопрос о соотношении между двумя теориями света. Довольно быстро выявилась неразумность противопоставления электромагнитной теории света и фотонной физики. Оказалось, что описание волновых свойств света (интерференция, дифракция и сопутствующие им явления) по-прежнему целесообразно проводить в рамках электромагнитной теории, тогда как некоторые энергетические характеристики излучения полностью описываются фотонной физикой.

Заметим, что в современной физике часто используют полуклассический метод, представляющий собой комбинацию квантового и классического описания явлений. В приложении к проблемам, рассматриваемым в этой книге, этот метод сводится к соединению квантово-механического исследования среды (свойств атомов и молекул) и использования законов классической электродинамики (уравнения Максвелла) для электромагнитного поля. Такой метод приводит к успеху при решении большинства задач оптики. Лишь в тех случаях, где необходим учет шумов (флуктуации, спонтанное излучение лазера и др.), нужно принимать во внимание не только дискретность процессов поглощения и излучения света атомами, но и квантование электромагнитного поля (т.е. использовать квантовую электродинамику). Интересно отметить, что фотоэффект, при истолковании которого было впервые введено понятие фотона, может быть полностью описан в рамках полуклассического метода.

Возрождение на новой основе корпускулярной теории света и то, что она не противостоит волновой теории, а дополняет ее, представляется совершенно естественным. В XX в. спор, который вели в свое время великие физики Ньютон и Гюйгенс, выглядел бы совершенно нелепым. Хорошо известно, что наличие этих двух внешне противоречивых теорий отражает сложную дуальную природу света, характерную для всей окружающей нас материи.

Так, например, общепринято представление о свободном электроне как о частице. Действительно, существование такого электрона можно зафиксировать соответствующими приборами, приспособленными для регистрации заряженных частиц. Но вместе с тем можно экспериментально выявить волновые свойства свободного электрона, которые описываются волнами де Бройля и используются в технике при расчете электронного микроскопа.

Поэтому нельзя отдать предпочтение какому-либо одному способу описания явления, так как нельзя поставить опыт, который позволил бы сделать однозначный выбор между описанием в терминах волн и в терминах корпускул.

Развитие современной оптики отражает основные идеи квантовой механики, в которой вероятность нахождения частицы в какой-либо области пространства характеризуется функцией, волновые свойства которой очевидны. Переход от волновой оптики к корпускулярной теории света происходит так, как это требует квантовая механика, и использование принципа дополнительности Бора представляется в данном случае вполне уместным.

Следует учитывать, что развитие современной оптики - это развитие как электромагнитной теории света, так и физики фотонов. Такое утверждение необходимо подчеркнуть, так как иногда высказывается точка зрения, сводящаяся к представлению об электромагнитной теории света как о науке, завершенной трудами ее создателя Максвелла и других знаменитых физиков, работавших на рубеже XIX и XX вв. Все последующие успехи оптики часто связывают только с развитием физики фотонов. Такая точка зрения неправильна и несовременна, так как при этом фактически противопоставляются две стороны одного и того же сложного процесса, требующего дуального описания.

Заметим также, что при создании методов и приборов современной оптики физики всегда объединяют в своем мышлении волновую теорию света и фотонную оптику.

Список литературы

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высш. Шк., 2002. – 718 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. – Т.2. – 496 с.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1989. – Т.2. – 300 с.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высш. Шк., 1997. – 542 с.

5. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. – М.: Наука, 1965. – Т.3. – 366 с.

6. Фриш С.Э., Тиморева О.М. Курс общей физики. – М.: Изд-во технико-теоретич. лит-ры, 1953. – Т.3. – 643 с.

7. Корсунский М.И. Оптика. Строение атома. Атомное ядро. – М.: Наука, 1967. – – 528 с.

8. Ландсберг Г.С. Оптика. Учеб. пособие: Для вузов. – М.: Изд-во физ.матем. лит-ры, 2003. – 848 с.

9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учеб. пособие: Для вузов. – М.: Изд-во физ.матем. лит-ры, 2005. – Т.4. – 792 с.

10. http://www.chemport.ru/xraydiffraction.shtml

11. http://www.its-physics.org/interferenciya-svetovyh-voln

12. http://phys-portal.ru/lections/volnopt_lec.htm

13. http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/optika/uchpos/text/g2_4a.html

14. http://www.chemport.ru/xraydiffraction.shtml