Корпускулярные свойства света и волновые свойства частиц

Двойственная природа света. Впервые двойственная корпускулярно-волновая природа была установлена для света. В первой половине прошлого века в ре ]ультате изучения явлений интерференции и дифракции света было экспериментально доказано, что свет представляет собой электромагнитные волны. Возникновение в определенных условиях явлений интерференции и дифракции - характерная особенность любого волнового процесса. Однако в XX в. стали известны многочисленные явления, свидетельствующие о том, что свет представляет собой поток материальных частиц. На основе представлений Планка о передаче лучистой энергии квантами Эйнштейн предложил гипотезу о световых квантах, названных фотонами. Корпускулярные свойства света особенно отчетливо проявляются в явлении фотоэффекта. [c.18]

В квантовой механике принято считать, что все микрообъекты имеют двойственную природу — они могут проявлять себя как частицы и как волны, т. е. могут обладать одновременно корпускулярными и волновыми свойствами. Впервые двойственная природа была установлена для света, а затем было доказано, что она присуща всем материальным микрочастицам. [c.218]

Вскоре было установлено, что представление об электроне как частице, подчиняющейся законам классической механики, является ошибочным. Изучение природы и распространения света показало, что он обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. На первые указывает явление фотоэффекта, на вторые — явления интерференции и дифракции света. Корпускулярные свойства фотона выражаются уравнением Планка [c.45]

Корпускулярные свойства света и волновые свойства частиц [c.31]

В рассматриваемом диапазоне свет проявляет не только волновые свойства (дифракция, интерференция, поляризация и др.), но и квантовые или корпускулярные, такие как фотоэффект, излучение и поглощение атомов и др. В то же время движущиеся частицы проявляют волновые свойства (дифракция электронов). Этот корпускулярно-волновой дуализм материи лежит в основе квантовой механики. [c.91]

Таким образом, свет проявляет и свойства частиц (фотоэффект), и свойства волн (интерференция, дифракция), т. е. свет обладает двойственной корпускулярно-волновой природой. Двойственная природа света подчеркивается связью, которая существует между длиной световой волны А, и массой светового фотона т. Эта связь выражается формулой [c.16]

Фотон можно рассматривать и как волну, и как частицу. При излучении макротел условия таковы, что на первый план выступают свойства частиц (прямолинейность распространения света, законы отражения и преломления и пр.). В этих случаях удобнее пользоваться простыми закономерностями, вытекающими из корпускулярной теории Ньютона о природе света. При изучении же микромира, т. е. элементарных частиц, обладающих малой массой и достаточно большой скоростью, проявляются и преобладают их волновые свойства (дифракция света, интерференция и т.д.). Но некоторые явления, например фотоэффект, невозможно строго и просто объяснить ни корпускулярной, ни волновой природой света. В то же время это явление легко объясняется квантовой теорией о природе света. Эта теория не противопоставляет волне движущуюся частицу (элементарную), а рассматривает их как два способа описания одного и того же процесса. [c.10]

Открытие корпускулярных свойств света, с одной стороны, и волновых свойств электронов, с другой, изменило наши представления о природе вещества возникла идея о двуединой, корпускулярно-волновой природе вещества, согласно которой поле и частица не противопоставляются друг другу, а выступают как две стороны одной и той же реальности. [c.70]

Из квантовой теории света следует, что фотон неспособен дробиться он взаимодействует как целое с электроном металла, выбивая его из пластинки как целое он взаимодействует и со светочувствительным веществом фотографической пленки, вызывая ее потемнение в определенной точке, и т. д. В этом смысле фотон ведет себя подобно частице, т. е. проявляет корпускулярные свойства. Однако фотон обладает и волновыми свойствами это проявляется в волновом характере распространения света, в способности фотона к интерференции и дифракции. Фотон отличается от частицы в классическом понимании этого термина тем, что его точное положение в пространстве, как и точное положение любой волны, не может быть указано. Но он отличается и от классической волны — неспособностью делиться на части. Объединяя в себе корпускулярные и волновые свойства, фотон на является, строго говоря, ни частицей, ни волной, — ему присуща корпускулярно-волновая двойственность. [c.66]

Мы специально выделили здесь события, приведшие к осознанию электромагнитной природы света, так как ученые второй половины XX в. воспринимают уже как часть своего мировоззрения тот факт, что свет есть форма электромагнитного излучения. Мы знаем также, что радиоволны, инфракрасное излучение, рентгеновские и космические лучи, так же как свет и ультрафиолетовое излучение, являются электромагнитными волнами и различаются лишь диапазонами частот. Наиболее значительным изменением представлений об электромагнитном излучении, характерных для XIX в., является осознание наличия наряду с волновыми свойствами света также и корпускулярных свойств, причем энергия этих частиц света, или фотонов (е), и частота (v) излучения волны связаны соотношением e = /iv (см. разд. 1.2). [c.28]

Несомненно, что волновая функция -ф, представляющая сО бой амплитуду волны соответствующей частицы в трехмерном пространстве, является важной величиной. Но какова ее связь с наблюдаемыми свойствами частицы Переход от классической, корпускулярной, картины к волновой [т. е. переход от уравнения (2.16) к уравнению (2.18)], не дает еще ответа на этот вопрос. Некоторое представление о характере этой связи можно получить из рассмотрения волновой природы света. Предположим, что пучок монохроматического света падает на две узкие, близко расположенные щели. Если одну из щелей закрыть, часть пучка пройдет через открытую щель, которая сама действует как вторичный источник излучения, и осветит экран, помещенный за щелью. Если теперь закрыть эту щель и открыть другую, то на экране будет наблюдаться аналогичная картина освещенности. Как изменится освещенность экрана, если оставить обе щели открытыми Хорошо известно, что на экране будет наблюдаться интерференционная картина. Для описания этого эффекта необходимо сложить волновые ампли- [c.24]

Подобно тому как для объяснения всех свойств света необходимо привлекать как волновую, так и корпускулярную модели, точно так же электроны и ядра атомов приходится рассматривать и как электрически заряженные частицы, и как волны. Математическим выражением двойственной природы электронов, находящихся в атомах и молекулах, является волновое уравнение Шредингера. Решая это дифференциальное уравнение для какой-либо системы, можно получить значения энергии различных возможных состояний, или уровни энергии, на которых может находиться система. Поглощение атомом или молекулой кванта света мон ет произойти только в том случае, если величина кванта точно равна разности энергий двух состояний, возможных для системы. В результате поглощения кванта света система переходит с нижнего уровня ( 1) на более высокий уровень ( 2) [c.15]

Как оказалось, аналогичное положение справедливо не только для света, но и для материальных частиц, и в частности для электронов, которые наряду с корпускулярными обнаруживают также и волновые свойства. Это подтверждает следующий опыт (рис. 2.8). [c.18]

Кванты энергии впоследствии назвали фотонами. Фотоны являются в полном смысле частицами, только особенными, так как масса покоя их равна нулю и движутся они со скоростью, равной скорости света в вакууме. При малых частотах V у фотонов преобладающую роль играют волновые свойства, при больших V — корпускулярные свойства света. [c.25]

В предыдущей главе мы рассмотрели эксперименты, которые можно объяснить, представляя электрон как частицу (корпускулу). Существуют и другие опыты, из которых следует, что электрон имеет также и волновые свойства. Эти эксперименты связаны с изменениями в движении электрона, происходящими на расстоянии порядка размеров атома — см или меньще. В тех случаях, когда имеют значение расстояния такого порядка величин, обнаруживаются волновые свойства электронов поэтому очевидно, что эти свойства должны играть существенную роль в теории строения атома. Эти расстояния действительно имеют порядок длин электронных волн (и действительно определяются илш). Совершенно так же, как мы должны пользоваться физической оптикой, а не геометрической, когда рассматриваем расстояния порядка длины световой волны, мы должны принимать во внимание волновые свойства электронов в тех случаях, когда становятся существенными расстояния порядка длины волны электрона. Но как для оптики, так и для электричества корпускулярно-волновой характер явления содержит в себе нечто более глубокое, чем различия между геометрической и физической оптикой. Удобно начать изложение этого вопроса с рассмотрения двойственной природы света — это будет естественным введением в исследование волновых свойств электрона и в то же время явится существенным само по себе по той причине, что изучение спектров, испускаемых атомами, представляет собой один из лучших способов изучения их свойств. [c.34]

Современные представления о природе света были сформулированы в 30-х годах XX века и нашли свое выражение в теории, называемой квантовой термодинамикой. Благодаря этой теории удалось непротиворечивым образом объединить, казалось бы, несовместимые ранее представления о природе света как о волне и потоке частиц. Поскольку свет обладает одновременно как корпускулярными, так и волновыми свойствами, для объяснения одних явлений можно пользоваться представлением о свете как о волнах (дифракция, интерференция, дисперсия, поляриза ция), а для объяснения других — как о потоке частиц (испускание, поглощение света). [c.7]

Свойства света нельзя исчерпывающе описать на основании аналогии лишь с обычными волнами или лишь с обычными частицами. Установлено, что для понимания одних явлений более удобно считать свет волновым движением, тогда как при рассмотрении других явлений предпочтительнее считать свет состоящим из фотонов (разд. 3.11 и 3.12). Эта корпускулярно-волновая двойственность присуща также материи. Электроны, протоны, нейтроны и другие материальные частицы, как установлено, обладают некоторыми свойствами, которые ученые обычно связывают с волновым движением. Так, лучок электронов или пучок яейтронов может быть дифрагирован точно так же, как и пучок рентгеновских лучей. На дифракции электронов и нейтронов основаны важные методы изучения структуры кристаллов и молекул газов. Длина волны электрона, нейтрона или какой-либо другой частицы зависит от ее массы покоя и скорости, с которой она перемещается. Длина волны частицы определяется уравнением де Бройля Я,= /1/тг), где к — длина волны частицы, к — постоянная Планка, т — масса и у — скорость (разд. 3.11). [c.586]

При рассмотрении преломления и отражения мы пользовались представлением о свете как о потоке частиц. Однако не все свойства света можно объяснить только с точки зрения корпускулярной природы света — необходимо учитывать и волновую его природу. Для цветной фотографии это особенно важно, так как и цвет излучения (света), и окраска тел, и законы воспроизведения цвета не могут быть объяснены без привлечения понятий, связанных с волновой природой света. [c.16]

Формула (V, ), выведенная Планком для энергии излучения абсолютно черного тела, была следствием именно этого предположения и хорошо согласовывалась с опытными данными. Таким образом, выяснилось, что свет, который до этого рассматривали как чисто волновой процесс, проявляет в определенных условиях свойства, характерные для частиц. А. Эйнштейн предположил, что свет вообще следует рассматривать как поток частиц—фотонов, имеющих массу равную /гу/с , где с — скорость света. Развитие представлений Планка и Эйнштейна показало, что не только волновая теория Гюйгенса, но и ранние предположения Ньютона о корпускулярной природе света имели под собой почву. В свойствах света обнаружилась странная двойственность в определенных опытах лучи света вели себя как волны (интерференция света), а в других — как частицы. [c.73]

Указанная интерпретация фотоэффекта учитывает как волновые, так и корпускулярные свойства света. В настоящее время принято считать, что свет имеет двойственную корпускулярноволновую природу и что для каждого эксперимента следует пользоваться той моделью, которая приводит к более простой интерпретации. Так, комптоновское рассеяние рентгеновских лучей на электронах в твердом теле удобнее рассматривать как столкновение двух частиц фотона и электрона. Здесь нет противоречия свет есть свет, и только из сообрал ений удобства здесь используются такие привычные понятия, как волна и частица. [c.18]

Согласно волновой теории света, явления преломления и дифракции света можно понять, зная законы распространения волн. Для объяснения других свойств света, таких как линейчатый вид атомных спектров и фотоэлектрический эффект, необходимо обратиться к корпускулярной (фотонной) теории света. Такая двойственная природа света побудила в 1924 г. де Бройля задуматься над вопросом не мо-Свег (1аспро1 пп я( тся гут ли и частицы обладать некоторыми волновыми как волна, но он имеет свойствами Он высказал предположение, что длина также ряд сеи йстп, волны X для частицы с массой т, движущейся со характерчь X дчя часки скоростью и, определяется уравнением [c.42]

Корпускулярные и волновые свойства частиц. В 1924 г. де Бройль предположил, что двойственная корпускулярноволновая природа свойственна не только фотонам, но и любым дру-ги.м материальным телам. Оп считал, что движение любой частицы можно рассматривать как волновой процесс. Аналогично свету, для него доллчно быть справедливо соотношение X = h/mv, где т — масса, а V — скорость частицы. Эти волны для материальных частиц получили название волн де Бройля. Предположение де Бройля было подтверждено на опыте. В 1927 г. Девиссон и Джермер в США, а в" СССР ТартакоБский наблюдали дифракцию электронов, используя в качестве дифракционной решетки кристалл или пластинку хлорида натрия. В настоящее время дифракция электронов и нейтронов является важным инструментам экспериментального исследования. [c.50]

Дуализм волн и корпускул. Рассматривая разные опти ческие явления, легко видеть, что в некоторых из них свет веде себя как поток материальных частиц (фотонов), а в других — как. волны. К первым относится большинство явлений, связанных с испусканием и поглощением света материальными телами. Они хорошо объясняются квантовой, т. е. корпускулярной теорией света, то время как волновая теория не только не объясняет их, яс даже им противоречит. Яркими примерами могут служить рассмотренные выше фотоэлектрический эффект и эффект Комптона, где фотоны ведут себя примерно так, как материальные тела с определенной массой и кинетической энергией, летящие по определенным направлениям. В противоположность этому большинстз. -явлений, связанных с распространением света (диффракция, и -терференция, поляризация и пр.), хорошо объясняются волново теорией света, ко находятся в полном противоречии с корпускулярной. Квантовая теория света внесла, таким образом, в физические представления непривычный дуализм — мы принуждены приписывать свету двойственные свойства волн и корпускул. [c.41]

Особенно ярко корпускулярные свойства света проявились в опытах Комптона. Этот ученый показал, что фотон и электрон при столк1говенпи ведут себя так, как будто бы это были частицы. Масса фотона ири этом оказывалась равной Лг/с . Луи де-Бройль (1924) высказал смелую гипотезу, согласно которой двойственность поведения присуща всем частицам. Электроны, прОто-пы и вообще все частицы атомного мнра обладают этой особенностью— каждой частице можно привести в соответствие волновой процесс. [c.147]

Явление дифракции электромагнитного излучения (света, радиоволн, у-- учей, рентгеновских лучей) доказывает волновую природу излучения. В то же время электромагнитное излучение обладает массой (производит давление), и его можно представить как поток частиц — фотонов. Иными словами, электромагнитное излучение проявляет как волновые, так и корпускулярные свойства. Луи де Бройль (1924 г.) показал, что движение любой микрочастицы можно рассматривать как волновой процесс частице массой т, движущейся со скоростью V, соответствует волна длиной [c.18]

Фотон, или квант света, в настоящее время считают одной из фундаментальных частиц. Ньютон рассматривал как корпускулярную, так и волновую теорию света. На протяжении XIX в. предпочтение неизменно отдавалось волновой теории света в связи с успешными акоперимен-тами по дифракции света. В 1905 г. Эйнштейн обратил внимание на то, что значительную часть не поддававшихся ранее объяснению опытных данных можно довольно просто интерпретировать в предположении, что свет (видимый свет, ультрафиолетовое излучение, радиоволны, гамма-лучи и т. д.) обладает некоторыми свойствами частиц (разд. 3.10). Он назвал эти частицы света световыми квантами , и с того же времени вошло в употребление название фотон . Количество энергии, составляющее световой квант, определяется частотой данного излучения энергия кванта Е = ку. [c.586]

Ядро занимает лишь незначительную часть обш его объема атома, хотя концентрирует почти всю массу атома. Вокруг ядра группируются электроны. Оин вносят очень небольшой вклад в обшую массу атома, но зато занимают большой объем и обусловливают размеры атома. Главная концепция современной теории микромира состоит в том, что в атомной шкале частицы и волны незаметно переходят друг в друга, т.е. частицы имеют свойства воли, а волны - свойства частиц. Несмотря на то, что волновая природа фотонов (то есть света) была установлена давно, почти инкто до 1925 г. не принимал всерьез точку зрения, согласно которой вещество (например, электроны, атомы) подобно волне, а не корпускулярно. Но в 1925 г. Дэвиссон и Джермер открьпш дифракцию (т.е. волновые свойства) электронов на кристаллической решетке. Опыт по дифракции, позднее проведенный с другими частицами, включая молекулярный водород, четко показал, что частицы имеют волновые свойства. [c.5]

Не входя в детали, стоит еще раз отметить, что такие явления, как отражение и преломление спета, можпо понять, если нредиоложить, что свет состоит из отдельных корпускул, распространяющихся прямолинейно. С другой стороны, такие явления, как дифракция и интерференция света, казалось бы, можно истолковать только с точки зрения представлений о непрерывном волновом движении. Естественно, что в этой главе основное внимание уделено той группе явлений, которая подтверждает корпускулярную или квантовую природу излучения. Свет с частотой V здесь рассматривался как нечто, обладающее энергией /IV и массой к/Хт. Но хорощо известные опыты по интерференции света не теряют своей убедительности, и поэтому следует считать доказанным, что свет обладает двойственным характером. В одних случаях он проявляет волновые свойства, а в других — свойства частиц. Правильность соотношения де-Бройля заставляет нас использовать такой же своеобразный подход и к материи. [c.130]

Корпускулярная природа света обнаруживается при взаимодействии его с отдельными молекулами, которые поглощают и испускают свет квантами величины Av. Согласно теории Эйнштейна, кванты света обладают по крайней мере некоторыми динамическими свойствами частиц и известны под названием фотонов. Но идея частицеподобных фотонов не избавляет от необходимости понимать свет как волну, поскольку только волновой теорией можно объяснить явления дифракции и интерференции. Фактически этот дуализм не ограничивается только светом он распространяется и на элементарные частицы вещества, ярким примером чего может служить дифракция электронов [c.9]

Следующий этап в становлении квантовой теории строения атома начался с теоретического обоснования французским ученым де Бройлем двойственной природы материальных частиц, в частности электрона. Распространив идею Эйнштейна о двойственной природе света на вещество, де Бройль постулировал (1924 г.), что поток электронов наряду с корпускулярным характером обладает и волновыми свойствами. Исходя 1i3 учения о корпускулярноволновой природе частиц вещества, австрийский физик Шрёдингер и ряд других ученых разработали теорию движения микрочастиц — волновую механику, которая привела к созданию современной квантово-механической модели атома. [c.77]

Свет нельзя рассматривать только как волны, но в то же время и нельзя объяснить все световые эффекты на основе одной корпускулярной теории и в том и другом случае ускользают от рассмотрения важнейшие свойства света. Остается только одно— рассматривать излучение как явление, обладающее одновременно свойствами и корпускулы и волны так в физике утвердилось по- ятие корпускулярно-волнового дуализма излучения. Свет распространяется как БОлноБое движение, но его поглощение атомами вещества происходит как взаимодействие частиц. Однако раз поглощение энергии атомами происходит порциями, следовательно, энергия самих атомов меняется не постепенно, а тоже порциями, т. е. скачкообразно, и их энергетическое состояние имеет ряд пре- рывных значений или, как говорят, квантуется. [c.45]

В конце XVII столетия эти два свойства света нашли свое выражение в двух теориях. Согласно первой (эмиссионной или корпускулярной), выдвинутой Ньютоном, считалось, что свет представляет собой поток быстронесущихся мельчайших частиц (корпускул). Согласно другой (волновой), с которой выступил современник Ньютона Гюйгенс, полагалось, что свет является результатом механического колебания светящегося тела и поперечные световые колебания распространяются в особой упругой среде — эфире, заполняющем все пространство как внутри материальных тел, так и между ними. [c.6]

Дуализм волн и частиц присущ не только свету, но и обычным-материальным частицам электроны, протоны и атомы, падая пучком на кристаллическую решетку, обнаруживают на ней совершенно такие же явления диффракции, как и рентгеновские лучи диффракция является, однако, типично волновым процессом. Таким образом дуализм волн и корпускул является общим свойством материи. Выход из такой двойственности надо искать не е противопоставлении волновых и корпускулярных свойств, а в их объединении. Один из создателей квантовой механики Г е й з е н-берг так формулирует эту задачу свет и материя не могут одновременно состоять из волн и частиц, так как оба представления друг друга исключают. Свет (фотоны) и весомая материя суть единые физические явления и двойственность их свойств только кажущаяся. Она зависит от того, что наши представления и наш язык возникли из наблюдения на больших телах и что для атомных процессов они не были приспособлены. Это заставляег при описании таких процессов прибегать к неполным аналогиям, которые дают волновая и корпускулярная картины . [c.41]

Двойственная (корпускулярно-волновая) природа микрообъектов.В основе современного понимания микромира лежит представление о том, что любая движущаяся частица обладает волновыми свойствами. Так, дифракция и интерференция электромагнитного излучения (света, радиоволн, 7 Лучей, рентгеновских лучей) служат убедительным доказательством его волновой природы. В то же время электромагнитное поле — это вещество, состоящее из микрочастиц, называемых фотонами, или квантами. Поэтому электромагнитное поле производит давление, обладает массой и т. д. (Интересно в связи с этим отметить, что за год масса Солнца уменьшается за счет излучения на 1,5 х х101 т ) [c.7]

Шкала электромагнитных волн охватывает чрезвычайно широкую область волн. Эти волны излучаются весьма различными вибраторами, регистрируются весьма различными методами, но они имеют единую электромагнитную природу. Однако необходимо отметить, что с изменением длины волны возникают и ка-честтвенные различия лучи, характеризующиеся малой длиной волны, более ярко выявляют наряду с волновыми корпускулярные свойства, энергия фотонов (квантов энергии) возрастает с умень-нлением длины волны [см. рмулу (2-1) ]. Для излучения малых частот (иевидимые инфракрасные луч1И с Я = 0,76 м-г 0,4 мм) энергия фотонов настолько мала, что прерывную структуру этих лучей обнаружить трудно практически они проявляют лишь волновые свойства. Свет обладает одновременно и корпускулярными и волновыми свойствами. Эта двойственность присуща не только свету, но и потоку других элементарных частиц — отдельных атомов, электронов и т. д. Таким образом, можно считать, что излучение—это электромагнитные волны и вместе с тем поток частиц света —фотонов. С точки зрения буржуазной науки, пытающейся ограничиться механическими представлениями, такая двойственность необъяснима. [c.38]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология