5. Двойственная корпускулярно-волновая природа света

Рассмотренные выше явления теплового излучения и фотоэффекта делают достоверной гипотезу о квантовой природе света. Но с позиции этой гипотезы невозможно объяснить такие явления, как, например, интерференция и дифракция света, блестяще объяснимые с точки зрения волновой (электромагнитной) теории света.

На первый взгляд кажется, что две точки зрения на природу света – волновая (электромагнитная) и квантовая (корпускулярная) – взаимно исключают друг друга. Ряд признаков волн и частиц действительно противоположны. Например, движущиеся частицы (фотоны) находятся в определенных точках пространства, а распространяющуюся волну нужно рассматривать как «размазанную» в пространстве и нельзя говорить о местопребывании волны в некоторой определенной точке. Необходимость приписывать свету с одной стороны волновые свойства, а с другой стороны – квантовые, корпускулярные, – создает впечатление незавершенности представлений о природе света. Возникает даже мысль о том, что двойственность в природе света является искусственной и все разнообразные явления можно объяснить на основе какой-либо одной точки зрения на природу света.

Однако вся совокупность оптических явлений показала, что свойства непрерывности, характерные для электромагнитного поля световой волны, не следует противопоставлять свойствам дискретности , характерным для фотонов. Свет имеет сложную, двойственную корпускулярно-волновую природу: обладает одновременно и волновыми, и квантовыми свойствами. Двойственная природа света находит свое выражение в том факте, что в основе корпускулярной гипотезы света лежит понятие кванта света, основной характеристикой которого является его энергия , связанная с его частотой . Частота же является характеристикой непрерывного периодического процесса. Таким образом, частота, определяющая энергию кванта, заимствована у волновой теории.

В проявлении двойственных, противоречивых свойств света имеется важная закономерность. У длинноволнового излучения (например, инфракрасного света) квантовые свойства проявляются в малой степени и основную роль играют волновые свойства. Большая группа оптических явлений – интерференция, дифракция, поляризация – полностью объясняются в волновой оптике. Однако если «перемещаться» по шкале электромагнитных волн от длинных волн в сторону более коротких, то волновые свойства будут проявляться все слабее, уступая место более отчетливо проявляющимся квантовым свойствам. Это видно, например, из закона красной границы фотоэффекта.

17. Почему хвосты комет всегда обращены от Солнца?

Итак, электромагнитное излучение представляет собой сложную форму материи, которая имеет двойственную корпускулярно-волновую природу (иначе это называют корпускулярно-волновой дуализм). Исследования последних десятилетий показывают, что корпускулярно-волновой дуализм присущ не только свету, но и частицам микромира. Корпускулярно-волновой дуализм является проявлением взаимосвязи двух основных форм материи: вещества и поля.