Свет, природа и свойства квант

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]

Главной особенностью квантовой механики является ее вероятностный статистический характер она дает возможность находить вероятность того или иного значения некоторой физической величины. Объясняется это волново-корпускулярным дуализмом микромира, т. е. микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами. В отличие от классической физики в квантовой механике все объекты микромира (электроны, атомы, молекулы и др.) выступают как носители и корпускулярных и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга. Не представляет труда обосновать объективность волново-корпускулярно-го дуализма для световых квантов — фотонов. Так, фотоэффект Столетова и эффект Комптона доказывают корпускулярную природу видимого и рентгеновского излучений, а интерференция и дифракция — волновую природу света. Потому для фотонов легко показать единство волны и корпускулы. Действительно, из формул [c.36]

На эти вопросы нельзя ответить, просто подтвердив тот или другой из двух противоположных вариантов ответа. Свет как термин используют для описания определенных явлений природы. Этот термин относится ко всем свойствам, присущим свету, ко всем явлениям, наблюдаемым в любой системе, для которой характерен свет. Некоторые свойства света напоминают свойства волн, и их можно описать на основании представлений о длине волны. Другие свойства света напоминают свойства частиц, и их можно описать с привлечением представлений о световом кванте, несущем определенное количество энергии Лу и обладающем определенной массой Луч света — это и не волны, и не поток частиц, это и то и другое одновременно. [c.72]

Возникновение электромагнитных волн связано с испусканием излучающим телом квантов энергии, или фотонов. Поток фотонов имеет наряду с корпускулярной природой свойства электромагнитных волн. Поэтому излучение можно характеризовать волновыми понятиями частотой колебаний V и длиной волны Я Я = с/, где с — скорость распространения электромагнитных возмущений (скорость света). [c.5]

Спектр электромагнитного излучения. Самые разнообразные явления — радиоволны и идущие из космоса -(-лучи, лучи Рентгена и видимый свет — оказались одинаковыми по своей природе. Все они являются электромагнитными волнами различной длины волны (частоты). Длина волны электромагнитных волн может изменяться в очень широких пределах от нескольких километров до малых долей ангстрема. Полный спектр содержит все типы электромагнитного излучения, расположенные по порядку от длинных к коротким волнам (см. рис. 9, цветная вклейка в конце книги). В зависимости от длины волны меняется характер излучения и его свойства. В области длинных волн электромагнитное излучение имеет чисто волновой характер. Порция (квант) энергии, соответствующая отдельной группе воли, как видно из формулы (4), очень мала. Поэтому выделить отдельные кванты практически невозможно. Наоборот, в области коротких волн энергия одного кванта велика, и он может быть без труда обнаружен. Но волновые свойства в связи с очень малой длиной волны почти незаметны, и излучение по своему характеру мало отличается от пучка быстрых частиц. [c.25]

Чтобы понять, почему г ) называют волновой функцией и почему волновая механика предполагает, что нельзя точно определить положение электрона, следует рассмотреть некоторые открытия в физике, которые были сделаны накануне того, как волновая механика была сформулирована физиком Эрвином Шредингером. В 1924 г. де Бройль предположил, что точно также, как свет, который, как обычно считают, имеет волновую природу, на самом деле при определенных обстоятельствах ведет себя так, как будто он состоит из частиц (квантов, упоминавшихся выше), так и очень малые частицы, такие, как электроны, также могут обладать волновыми свойствами. На основании определенных теоретических соображений де Бройль вынужден был предположить, что с пучком электронов следует связывать длину волны, определяемую уравнением [c.18]

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]

Вскоре после открытия Планка, Эйнштейн установил, что не только процессы поглощения и испускания энергии происходят прерывно (скачками), но и сама энергия излучения, находящегося в пространстве, состоит из отдельных порций — квантов. Двойственность природы света была обнаружена и при изучении ряда других явлений. Наряду с этим выяснилось, что движение микрочастиц характеризуется некоторыми волновыми свойствами. Так, волновые свойства электронов были открыты при изучении их отражения от поверхности металлического кристалла. Оказалось, что отраженные электроны наблюдаются не во всех, а лишь в некоторых направлениях, находящихся под различными углами наклона к поверхности металла. Это явление подобно дифракции видимого света, наблюдающейся при его отражении от стеклянных пластинок с нанесенными на них рядами параллельных царапин. На экране, расположенном на пути отраженного света, видны чередующиеся освещенные и темные полоски. Это объясняется либо взаимным усилением отраженных от разных царапин волн, либо взаимным уничтожением их, если в данной точке гребень одной волны совпадает со впадиной другой. [c.232]

Фотохимическая реакция — это химическое превращение своеобразного тина. Это бимолекулярное взаимодействие кванта света с молекулой и вызываемые им последующие физические и химические изменения. Поскольку свет является обязательным участником фотохимического процесса, наше изложение мы начнем с краткого обзора интересных и необычных свойств света, знание которых чрезвычайно важно для понимания законов взаимодействия света с материей и природы превращений, следующих за поглощением света и возбуждением молекул. [c.9]

Если электрические векторы всех волн ориентированы в одном направлении, свет будет плоскополяризован-ным (линейно-поляризованным). Наряду с волновыми свет обладает корпускулярными свойствами, и тогда говорят о квантах (фотонах) света. Двойственная природа света находит отражение в соотношении Планка [c.6]

Свет, тепло и другие виды электромагнитного излучения представляют собой электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью 3-10 м-с . Для понимания механизмов, лежащих в основе спектральных свойств молекул, воспользуемся представлением о квантовой природе электромагнитного излучения. Согласно квантовой механике, свет представляет собой поток частиц, называемых квантами или фотонами. Энергия каждого кванта определяется длиной волны излучения. [c.141]

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]

Флуоресцентная спектроскопия находит широкое применение в исследованиях природы и состояния сложных субмолекулярных объектов, таких как мицеллы, лнпосомы, биологические клетки и их компоненты [1]. По своим аналитическим возможностям она во многом лидирует, позволяя регистрировать излучение одного кванта в объеме менее 1 мкм , а также фиксировать молекулярные явления в фемтосекундной шкале времени. В исследованиях субмолекулярных объектов часто используются вспомогательные инструменты - флуоресцентные зонды. Флуоресцентный зонд - это молекула, способная при поглощении кванта света оптического диапазона испускать новый квант света. Характеристики излучения подобных молекулярных устройств (его интенсивность, положение и полуширина полосы в спектре и пр.) всегда несут определенную информацию об объекте. Задача исследователя состоит в адекватной интерпретации полученной информации. Однако часто интерпретация информации представляется сложной задачей, поскольку излучение молекулы зонда, как правило, отражает состояние сразу нескольких физических параметров микроокружения. Поэтому к химической архитектуре зонда и его флуоресцентным свойствам существует ряд жестких требований. В частности, важным требованием (если не основным) является экстракция информации об изучаемом параметре микроокружения. Эта задача решается путем фильтрации информации, а также увеличения количества каналов ее получения. [c.385]

К началу 20 века прочно укрепилось представление о свете как о волновом процессе. В самом деле, отражение и преломление света, а также интерференция и дифракция света нашли прекрасное толкование на основе волновых представлений. Однако спектральные зависимости интенсивности излучения нагретых тел, фотоэффект и люминесценция не поддавались волновому описанию. Осенью 1900 г. М. Планк возродил идею Ньютона о световых корпускулах при рассмотрении теплового излучения. В знаменитом докладе Немецкому физическому обшеству 14 декабря 1900 г. он показал, что непротиворечивую формулу для излучения абсолютно чёрного тела можно получить, если принять, что излучение происходит не непрерывно, а в виде порций энергии (квантов) с энергией одного кванта Е — ки. Позже А. Эйнштейн высказал предположение, что свет не только испускается, но и поглош,ается в виде квантов энергии. С помош ью такого представления о свете им было объяснено явление фотоэффекта в 1905 г. Так утвердился дуализм в представлениях о природе света, а точнее, дуализм в математических подходах при описании свойств удивительного и загадочного объекта, который мы называем светом. [c.392]

ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — наука, пограничная между химией и новыми разделами физики, возникшими в первые тридцать лет 20 в. (квантовая мехс1-иика, электронная теория атомов и молекул). Задачей X. ф. является применение теоретических и экспериментальных методов этой новой физики к химич. проблемам, а именно к вопросам строения и превращения веществ. Основными ра еделами X. ф., установившимися еще в 20—30-х гг., являются 1) Строение электронной оболочки атома (в связи с периодич. законом Д. И. Менделеева). 2) Квантово-мьханич. природа валентности, химич. С1гл и сил межмолекуляр-ного сцепления. 3) Строение молекул, их геометрия, электрические, магнитные и оптич. свойства. 4) Строение и свойства кристаллов, жидкостей, растворов, адсорбционных слоев, сольватация ионов. 5) Динамика молекул, молекулярные сиектры, молекуля )-ные константы, возбуждение атомов и молекул, обмен энергий ири соударении частиц (атомов, ионов, молекул). 6) Современная химич. кинетика — природа элементарных химич. актов, происходящих под действием тепла, квантов света, электронного удара свойства свободных радикалов, возбужденных молекул и других лабильных частиц природа химич. активации и квантово-механич. теория реакционной способности разлпчных соединений в связи с пх строением фотохимия, реакции в разрядах, теория горения и взрывов. [c.318]

В соответствии с представлениями квантовой теории при взаимодействии излучения и вещества (например, при поглощении или испускании света) передача энергии происходит не непрерывно во времени, а прерывисто, отдельными целыми порциями-квантами лучистой энергии (их называют также световыми квантами и фотонами). Величина этих квантов пропорциональна частоте света у секг и равна /г-у, где к — универсальная постоянная Планка. Энергия световых квантов крайне мала (например, обычная электрическая лампочка излучает примерно 10 квантов в секунду), поэтому человеческий глаз не в состоянии ощутить мелькание отдельных квантов и воспринимает свет как непрерывное явление [38, 57]. ( Ощутимость глазом квантовой природы света возможна лишь при наблюдении в специальных условиях крайне слабых световых потоков, лежащих у порога зрительного восприятия [9]). Таким образом, волновые свойства света представляют собой статистическое явление, возникающее в результате суммированного воздействия громадного числа ничтожно малых световых квантов. [c.8]

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]

Одной из основных задач фотохимика является установление природы и определение эффективности первичных фотофизических и фотохимических процессов. Именно таким путем можно найти связь между спектроскопическими свойствами, структурой молекулы и путями фотопроцесса. Из-за больших трудностей, встречающихся в подобных работах, в настоящее время опд ущается недостаток количественных данных такого рода. Если в результате первичного процесса образуется устойчивый продукт, то квантовый выход этого продукта служит непосредственной мерой эффективности этой стадии. Однако бывает трудно доказать, что данный продукт является первичным продуктом, а также установить природу возбужденного состояния, из которого он возникает, и оценить первичный квантовый выход образования свободных радикалов или возбужденных молекул. Таким образом, проследить судьбу всех поглотивших квант света молекул и всех свободных радикалов, возникших в фотохимической системе, — аналитическая задача, которую [c.471]