3. Эйнштейн выдвинул гипотезу, что поток света состоит из дискретных частиц – фотонов. Термин «фотон» был введен в 1926 году. Существование фотонов подтверждается опытами.

Фотон – частица, масса покоя которой равна нулю. Скорость фотона равна скорости света с. Энергия фотона Е = hν. Импульс фотона .

Доказательством корпускулярной природы света служит эффект Комптона. В 1923 году А.Комптон исследовал рассеяние рентгеновских лучей определенной длины волны λ0 фольгой из различных материалов и обнаружил в рассеянных лучах излучение большей длины волны λ, причем разность Δλ = λ – λ0 не зависела от природы рассеивающего вещества и от длины волны λ0.

Объяснить результаты опыта можно, считая, что происходит упругое соударение фотона рентгеновского излучения и электрона. Электрон можно считать свободным и покоящимся (скорость и энергия связи электрона на внешней оболочке атома намного меньше аналогичных характеристик фотона)

При столкновении фотона и электрона выполняется закон сохранения импульса (рис.13.9) и энергии. Часть своей энергии и импульса фотон отдает электрону.

Рис.13.9

Импульс электрона до столкновения был равен нулю. Импульс фотона . После столкновения полный импульс р0 не меняется по величине и направлению, но теперь появился импульс у электрона ре и изменился импульс фотона, стал . По закону сохранения энергии hν0 + m0c² = hν + mc², где

m0 – масса покоя электрона, m – масса движущегося электрона.

Из законов сохранения вытекает , что согласуется с результатами опыта.

Интерференция и дифракция объясняются волновой природой света, значит, свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. По современным представлениям свет представляет собой сложное явление, он испускается и поглощается в виде частиц, а распространяется как волна.

4. Еще Кеплер в 16 веке высказывал мысль, что существует давление света и поэтому у комет существуют хвосты, вытянутые в направлении от Солнца. Ньютон считал свет потоком частиц, которые, ударяясь о тела, оказывают на них давление.

Максвелл вывел необходимость давления электромагнитной волны и вычислил его величину. При падении на поверхность тела электрический вектор лежит в плоскости поверхности и вызывает движение заряженных частиц, т.е. электрический ток. Магнитное поле волны выталкивает этот ток и в направлении распространения света возникает сила давления, которая зависит от интенсивности света. По вычислению Максвелла давление параллельного пучка света на поверхность равняется плотности световой энергии. Таким образом, световое давление

,

где Е – освещенность, с – скорость света, а R – коэффициент отражения. Для черной полностью поглощающей поверхности R = 0, для зеркальной поверхности R = 1, поэтому давление на зеркальную поверхность в два раза больше. Максвелл вычислил, что в яркий день сила давления солнечных лучей на 1 м² составляет 0,4 мГ.

Опытным путем световое давление измерил П.Лебедев в 1899 году с помощью специально сконструированных, чрезвычайно чувствительных крутильных весов (рис.13.10).

Рис.13.10

В вакуумированном (~10^-4 мм рт. ст.) стеклянном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались коромысла крутильных весов с закреплёнными на них тонкими дисками-крылышками. Одно крылышко изготавливалось зачерненным, другое из блестящей слюды. С помощью системы линз облучалось одно крылышко, вызывая закручивание. Лебедеву удалось получить результаты, удовлетворительное согласующиеся с теорией Максвелла