§14. Жарық квантын-фотонды релятивистік бөлшек түрінде қарастыру Физиканың алуан түрлі облыстарында электромагнит-тік өрістің электронмен әсерлесіп, энергия мен импульс алма-суын сипаттау үшін электромагниттік өрісті дискреттік бөл-шектер фотондар ағыны етіп қарастыру өте ыңғайлы болды. Мысалы: фотоэффект құбылысы.
Фотон- жарық кванты. Салыстырмалық теориясының тұрғысынан бұл бөлшектің массасы 0-ге, жылдамдығы с-ға тең болуы керек.
Электродинамика тұрғысынан кейбір қатынастарды қорытып шығарайық. жарық қысымы Р=w (w= электромагниттік өріс энергиясының тығыздығы.) Электромагниттік толқын үшін энергия тығыздығы:
(14.1)
мұнда W0- уақыт бірлігі ішінде беттің аудан бірлігіне түсетін энергия.
Бірақта қысым Р= -беттің аудан бірлігінің уақыт бірлігінде алатын импульсына тең. Өйткені , ал уақыт бірлігі ішінде көлем бірлікте қабырғаға N фотон түсті десек, онда W0=Nε, P0=Nр.
(14.2)
(14.3)
Ал релятивистік болшектер үшін: , демек с болса –фотонның импульсі (14.4) оның квадраты: . Екінші жағынан (14.5) бұдан фотон үшін m0=0 болатындығын көруге болады.
Релятивистік механикадан фотонның импульсі мен энергиясының нeге тең болатындығын табу мүмкін емес. Бірақта фотоэффект теориясында жарық затпен әсерлескенде бөлшектер жиыны сияқты әсерлесетіні белгілі. Әрбір бөлшектің энергиясы және импульсі , мұнда: - Планк тұрақтысы,
Ал - сәуленің таралу бағытындағы бірлік вектор.
Эйнштейн бұндай бөлшекті жарық кванты деп атаған. Бұндай релятивистік бөлшектің импульсі: (14.6), мұнда , ал жарық квантының 4-толқындық векторы: , мұнда (14.7).Сонымен, жарық квантының негізгі сипаттамалары анықталды. Келесі параг-рафта осыны пайдаланып, маңызды физикалық эффектінің формулаларын қорытып көреміз.
