§ 92. Дослід Боте

Ще один чудовий дослід, який безпосередньо підтвер­джував гіпотезу А. Ейнштейна про корпускулярну при­роду світла, було проведено німецьким фізиком Боте. На певній відстані від джерела рентгенівського випроміню­вання розміщалися два лічильники Гейгера — Мюллера (всал. 202). Опис цих лічильників буде дано нижче, тут відмітимо їх властивість — здатність реєструвати виник­нення в цьому лічильнику вільних електронів. Такі елек­трони внаслідок фотоефекту або комптон-ефекту вини­кають під час попадання в лічильник рентгенівських променів.

Рентгенівські промені збуджувалися у пластинці F опроміненням її рентгенівськими променями Р, які випус­калися звичайною рентгенівською трубкою. При такому способі збудження інтенсивність рентгенівських променів, які виникали в пластинці F, виявлялася надзвичайно слабкою.

Дослід полягав у реєстрації появи електронів у лі­чильниках Z\ і Z,. Якщо рентгенівське випромінювання виходить з пластинки F у вигляді електромагнітної хвилі, то в обох лічильниках електрони мають виникати одно­часно і лічильники повинні одночасно давати імпульс. Якщо ж рентгенівське випромінювання є потоком фотонів, кожен з яких випускається з пластинки F незалежно від інших і може бути зареєстрованим лише одним з двох лічильників, то одночасна реєстрація влучання в лічиль­ники Z\ і Z.» в один і той самий момент часу двох фотонів повинна бути випадковою і дуже рідкісною подією.

Досліди Боте показали, що одночасний показ обох лічильників не має місця. Імпульси випромінювання реєструє то один, то другий лічильник. Спостережувані випадки збігу локазів обох лічильників носять випад­ковий характер.

Такий характер показів лічильників і повинен мати місце при квантовому ха­рактері випромінювання.

§ 93. Тиск світла

Якщо фотони мають імпульс, то світло під час падіння на тіло мав тиснути на нього. З точки зору квантової теорії тиск світла на поверхню тіла обумовлений тим, що кожен фотон, співударяючись з поверхнею, передає їй свій імпульс.

Обчислимо з точки зору квантової теорії тиск на по­верхню тіла потоку випромінювання з частотою v, який падає нормально на поверхню. Нехай за 1 секунду на площадку в 1 м² падає N фотонів. Кожен поглинутий

фотон передає поверхні імпульс —, оскільки він після

с

поглинання припиняє своє існування.

При відбиванні імпульс фотона — змінюється на ——

/ ^{с с}

(вектор змінює напрям на протилежний), тому кожен

відбитий фотон передає поверхні імпульс ——( — —) = *hl.

С \ С / С

Тиск світла на поверхню дорівнює імпульсу, який пере­дають поверхні за 1 секунду N фотонів. Тому тиск світла на поверхню, яка повністю поглинає світло, дорівнює:

(03.1)

а тиск на поверхню, яка повністю відбиває світло (дзер­кальну), дорівнює:

(93.2)

Звичайно поверхні тіл і відбивають, і поглинають світло. Нехай відбивається Л-та частина падаючого на поверхню світла. Це означає, що 1 м² поверхні за 1 се­кунду відбиває kN фотонів, а (1 — к) N фотонів поглинає. Тоді тиск світла на таку поверхню дорівнює:

(93.3)

Але Nhv = Е — енергія всіх фотонів, які падають на одиницю поверхні (1 м²) за одиницю часу (1 с). Тому тиск, який чинить світло при перпендикулярному падінні на по­верхню, дорівнює:

(93.4)

Е і

Якщо поверхня повністю відбиває світло {к = 1), то р= 2—, і

Е ^С І а якщо повністю поглинає світло (fe = O), то р=—. :і

Формули (93.1)—(93.4) ми вивели на основі квантових \ уявлень про світло. Але точно такі самі результати дає ', й електромагнітна (хвильова) теорія світла. \

Якщо на поверхню тіла падає перпендикулярно світ- і лова хвиля, то під дією електричної складової хвилі Е елек- \ трони зміщуються по поверхні, утворюючи електричний ; струм. Магнітна складова хвилі В діє на цей струм (за за- ! коном Ампера) з силою, напрямленою перпендикулярно J до поверхні тіла в бік поширення світла. Таким чином, ; тиск світла однаково успішно пояснюється і хвильовою, і і квантовою теорією. І

Світло створює надзвичайно малий тиск. В яскравий \ сонячний день сонячні промені тиснуть на чорну пластинку | площею в їм² при нормальному падінні з силою, що , дорівнює приблизно 4-10~⁸Н. Внаслідок мізерності світ- j лового тиску експериментальне виявлення і вимірювання і його становить значні труднощі. Ці труднощі блискуче ] подолав професор Московського університету П. М. Лебе- '. дєв, який у 1900 р. за допомогою дуже точного досліду ■] виміряв тиск світла. Принципова схема цього досліду по- \ казана на малюнку 203. На скляній нитці 3 кріпилась j легенька хрестовина 2 з металевої фольги. На двох її кін- j цях поміщалися невеличкі легенькі диски 1. Один з дисків І дзеркальний, другий — зачорнений. Хрестовина підвішу- ! валася в посудині на кварцевій нитці 4, на якій закріплювалося і легеньке дзеркаль­це 5. Повітря з посудини було викачано. Оскільки тиск на чорний диск майже вдвічі менший від тиску на дзеркальний, то при освітленні дисків на хрестовину діяв обер­тальний момент, який можна було виміряти за кутом закручування нитки. Величина світлового тиску, одержана Лебедввим на досліді, збіглася з теоретично розрахованою. У 1907 р. Лебедеву вдалося розв'язати ще складніше завдання — виміряти тиск світла ва гази.

Виміряний Лебедєвим тиск світла під­тверджує наявність у фотонів маси й ім­пульсу.

? 1. Як пояснюється тиск світла з квантової точки зору? 2. На яку поверхню — чорну чи дзеркальну — тиск світла більший? Чому? 3. Як пояснити існування тиску світла, виходячи з електромагнітної теорії світла?