5 Фотон энергия фотона

(1907-1908) А. Эйнштейном была развита квантовая теория света, основывающаяся на представлении света в виде потока световых квантов – фотонов.

Каждый фотон, как и всякая частица, обладает энергией:

, или , (3)

где h - постоянная Планка;

ν – частота;

с – скорость света;

λ – длина волны.

6 Масса фотона

Формула для массы фотона может быть непосредственно выведена из формулы, выражающей взаимосвязь массы и энергии в теории относительности:

. (4)

Масса фотона существенно отличается от массы микроскопических тел и масс других «элементарных» частиц. Это отличие состоит в том, что фотон не обладает массой покоя m₀. В самом деле, для фотона, движущегося в вакууме со скоростью света, применение формулы

, (5)

где m₀ – масса тела при скорости равной 0, т.е. масса покоя;

m – масса движущегося тела;

выражающей зависимость массы от скорости, приводит к абсурду (m= ∞), если считать, что у фотона существует отличная от нуля масса покоя. Таким образом, для фотона m₀=0, т.е. покоящихся фотонов не существует. Но тогда очевидно, что фотон всегда в любом веществе движется со скоростью равной скорости света, т.к. при другой скорости масса и энергия фотона были бы равны нулю, что не согласуется с формулой (4). Этот вывод не противоречит тому, что фазовая и групповая скорости света в веществе отличны от скорости света. Распространение света в среде сопровождается процессами «переизлучения» - фотоны поглощаются и вновь испускаются частицами среды.

7 Импульс фотона

Импульс фотона р_ф и его энергия Е_ν в соответствии с формулой теории относительности связаны соотношением

.

Для фотона m₀=0 и

. (6)

Если ввести волновое число (модуль вектора , показывающего направление распространения волны в пространстве), то (6) можно переписать в виде

, (7)

где - квант действия.

Направление импульса совпадает с направлением распространения света, характеризуемым волновым вектором , численно равным волновому числу

. (8)

8 Теория Бора о строении атома водорода. (постулаты Бора)

3. Важнейшей вехой на пути к квантовой теории вещества стала теория Нильса Бора (1913г.) о строении атома водорода.

Принципиальным положением этой теории явилось утверждение о неприменимости классической электродинамики к движению электрона в атоме. Взяв гипотезу Планка о квантовой энергии и распространив ее на атомные системы, Бор сформулировал два постулата, явившихся основой его теории:

1. Постулат стационарных орбит (состояний) – существуют стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает энергию.

2. Постулат частот – при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один фотон.

9 Гипотеза де Бройля. (волны де Бройля)

В 1924 г. Французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что корпускулярно-волновая природа присуща не только электромагнитному излучению, но и отельным микрочастицам вещества – электронам, протонам, атомам и т.д. Это означает, что микрочастицы обладают не только корпускулярными свойствами, но и волновыми.

По де Бройлю свободная микрочастица, обладающая энергией Е и импульсом р , характеризуется также длиной волны

(9)

и частотой

или (10)

Вместо длины волны микрочастицу можно характеризовать волновым числом или вектором:

; (11)

где m, – масса и скорость микрочастицы.

Волны, характерные для микрочастиц, параметры которых определяются уравнениями (9), (10) и (11), называются волнами де Бройля. Каждой микрочастице соответствует волна де Бройля (или набор волн), благодаря чему микрочастица в определенных условиях проявляет свои волновые свойства.