Закон, сформулированный в конце предыдущего параграфа, вносит совершенно новые черты в представление о свете. Он означает, что свет частоты
сообщает электрону энергию, равную
, какова бы ни была интенсивность света. При сильном свете большее количество электронов получает указанные порции энергии, при слабом — меньшее, но сами порции остаются неизменно равными
.
Таким образом, световой энергии приписывается атомистический характер; энергия света данной частоты
не может делиться на произвольные части, а проявляет себя в виде совершенно определенных равных порций — «атомов световой энергии». Для этих порций энергии установлено специальное название; они именуются световыми квантами или фотонами. Представление о световых квантах было введено Эйнштейном в 1905 г.
То обстоятельство, что в большинстве оптических опытов мы не обнаруживаем квантового характера световой энергии, не является удивительным. Действительно,
— очень малая величина, равная
. Вычислим энергию кванта зеленого света, например, для
. Соответствующее
и, следовательно,
; это — очень маленькая величина. Энергия, с которой мы имеем дело в большинстве опытов, состоит из очень большого числа квантов; естественно, что при этом остается незамеченным, что энергия эта всегда равна целому числу квантов. Аналогично, большинство опытов с обычными порциями вещества всегда охватывает очень большое количество атомов вещества; поэтому мы не можем заметить в этих опытах, что данное вещество состоит из целого числа минимальных порций — атомов. Требуются специальные опыты, в которых атомистическое строение вещества выступает вполне отчетливо. Совершенно так же в большинстве обычных оптических опытов от нашего внимания ускользает то обстоятельство, что световая энергия состоит из отдельных световых квантов, В специальных же опытах, к которым и относятся вышеприведенные опыты по фотоэлектрическому эффекту, с полной ясностью выступает квантовая природа световой энергии.
Квантовый характер имеет не только фотоэффект, но и многие другие явления оптики, атомной и молекулярной физики.
Крайне важно, что во всех таких явлениях играет роль фундаментальная постоянная, которую мы обозначаем буквой
. Эта постоянная в настоящее время определена из измерений, относящихся к весьма различным явлениям, и числовые значения, найденные при этом, превосходно согласуются друг с другом.
Представление о световых квантах позволяет легко понять смысл первого основного закона фотоэффекта — пропорциональность между световым потоком и фототоком; световой поток, т. е. энергия, приносимая светом за единицу времени, определяется числом световых квантов, поступающих за единицу времени. Ясно, что чем больше это число, тем больше электронов приобретет дополнительную энергию, приносимую этими квантами, и тем больше электронов вылетит из освещенного металла за единицу времени, т. е. тем сильнее будет фототок. Конечно, это не означает, что число вылетевших электронов должно быть равно числу квантов, попавших за то же время в металл. Не всякий квант сообщает свою энергию отдельному электрону. Значительная часть энергии будет распределена между атомами металла и поведет к нагреванию его. Действительно, опыт показывает, что лишь малая часть (меньше
) световой энергии обычно переходит в энергию вылетевших электронов. Остальная же часть поглощенных световых квантов ведет к нагреванию металлов.
Комментарии: (0)