§ 95. Корпускулярно-хвильовий дуалізм

Підведемо тепер деякі підсумки наших знань про при­роду світла. Усі розглянуті в цьому розділі явища служать переконливим доказом справедливості квантових власти­востей світла. Однак розглянуті в попередньому розділі явища інтерференції, дифракції і поляризації світла пере­конують в існуванні хвильових властивостей випроміню­вання. Виникає запитання: що таке світло? Випромінювані джерелом електромагнітні хвилі чи потік фотонів, що їх випускав джерело світла і які рухаються в просторі з швидкістю світла у вакуумі? На перший погляд здає­ться, що ці дві точки зору на природу світла — хвильова і квантова — взаємно виключають одна одну. Деякі вла­стивості хвиль і частинок справді протилежні. Наприклад, фотони під час руху перебувають у певних точках про­стору, а про хвилі цього сказати не можна. Хвилю можна

288

розділити на частини і такий поділ нічим не обмежений, а фотон ділити не можна.

Розвиток фізики показав, що хвильові і квантові вла­стивості світла не можна протиставляти. Властивості неперервності, характерні для електромагнітного поля світ­лової хвилі, не виключають властивостей перервності (дискретності), характерних для квантів світла — фото­нів. Світло одночасно має і властивості електромагнітних хвиль і властивості фотонів. Тому питаная, яке часто став­лять: що в світло — хвиля чи частинка, позбавлене сенсу. Світло — не хвиля і не частинка в звичайному розумінні. Світло мав електромагнітну природу і йому притаманні двоїсті квантово-хвильові властивості. Двоїстість (дуалізм) властивостей світла знаходить свій вираз у формулах, які визначають характеристики фотонів. Квантові характе­ристики фотонів — енергія, імпульс і маса — зв'язані з хвильовою характеристикою світла — його частотою v:

У випромінюванні спостерігається важлива закономір­ність. При малих частотах більшою мірою проявляються хвильові властивості (наприклад, радіовипромінювання), а при великих частотах — квантові (наприклад, рентге­нівське випромінювання). У видимому світлі хвильові і квантові властивості проявляються однаковою мірою.

Пізніше було установлено, що при певних умовах час­тинки речовини (електрон, протон, атом тощо) також мають хвильові властивості, тобто виявилося, що речовина, як і випромінювання, має квантово-хвильові властивості.

? 1. Як ви розумієте двоїсту (корпускулярно-хвильову) природу світ­ла? 2. В яких явищах (процесах) проявляються хвильові властивості світла, а в яких — корпускулярні? Які явища можна пояснити як хви­льовою, так і квантовою теоріями?

КОРОТКІ ПІДСУМКИ Я ВИСНОВКИ

1. Під час поглинання світла речовиною може спосте­рігатися вибивання електронів з речовини — фотоелект­ричний ефект. Експериментально установлені закони фото­ефекту: 1) сила фотоструму насичення прямо пропор­ційна світловому потоку, який падав на фотокатод; 2) максимальна швидкість (або кінетична енергія) ви­битих електронів зовсім не залежить від освітленості

280

відбувається подальше виділення срібла лише в тих кри­сталиках бромистого срібла, де під дією світла розпалася хоча б одна молекула AgBr. Кристалики, які містять мо­лекули AgBr, що не розпалися, не реагують з проявником. Це означав, що під час проявлення сильніше чорніють ті місця пластинки, на які падало більше світла при фотогра­фуванні. Після того, як потрібне почорніння досягнуте (одержане негативне зображення), необхідно захистити пластинку від подальших можливих змін. Для цього її промивають у розчині гіпосульфату, в якому розчиня­ються всі солі срібла, що не встигли, розкластися. Цим подальші зміни в пластинці виключаються, зображення виявляється закріпленим.

Щоб одержати фотографію, під негатив кладуть світло­чутливий папір (фотопапір) і спрямовують на нього світло. Потім зображення на папері аналогічно проявляють і закріплюють. Так дістають позитивне зображення.

На закінчення підкреслимо, що зір також пояснюється особливими фотохімічними процесами, які відбуваються в сітківці ока.

? 1. Поясніть фотохімічні реакції з точки зору квантової теорії світла. 2. У чому полягає процес фотосинтезу? Які перетворення енергії при цьому відбуваються? 3. Який вид випромінювання більш ефективний для здійснення фотохімічних реакцій?