Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика

и позитрон (частица, имеющая массу электрона и положитель-

ный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона),

причем ядро остается при этом без изменений (см. § 223). В этих

опытах было доказано, что электроны и позитроны не выде-

ляются из ядра, ибо ядро остается неизменным, а возникают

под действием света. Разлетевшиеся электрон, позитрон и ядро

обладают энергиями и импульсами, которые они заимствуют

у исчезнувшего фотона.

Был обнаружен и обратный процесс, когда электрон и пози-

трон, взаимодействуя друг с другом, перестают существовать как

элементарные заряженные частицы: их заряды взаимно нейтра-

лизуются, а их энергии покоя переходят в энергию образующейся

в таком процессе пары фотонов, разлетающихся со скоростью

света.

Как мы увидим в дальнейшем (гл. XXV), такие взаимные

и характерным их свойством, и в этом смысле фотон ничем

не отличается от других микрочастиц, таких, как электроны,

протоны и т. д.

Наконец, следует сказать, что фотоны, как и все другие

частицы, могут испытывать на себе действие гравитационного

поля. Так, точные наблюдения во время полных солнечных за-

тмений за положением звезд, свет от которых проходит вбли-

зи Солнца, показывают, что этот свет подвергается притяже-

нию Солнца и отклоняется от своего первоначального пути.

Качественно это можно понять, если учесть, что фотоны об-

ладают энергией hν, которой соответствует «масса движения»

m = hν/c

2

, испытывающая гравитационное притяжение к Солн-

эффект состоит в том, что фотон, двигаясь в гравитацион-

ном поле, изменяет свою энергию. При этом энергия фотона

W = mc

= hν при движении, например, в поле тяготения Зем-

ли, меняется, вследствие изменения его потенциальной энергии

в этом поле, на величину

mgH =

hν

c

gH,

витационного поля Земли. Отсюда можно заключить, что частота

фотона изменяется на величину

Δν =

c

2

Гл. XXII. Строение атома

507

В опытах, в которых исследовалось движение фотонов, испус-

каемых возбужденными ядрами атома, в поле тяготения с высо-

ты H = 22,6 м до уровня поверхности Земли, удалось наблюдать

изменение частоты фотонов, которое прекрасно совпало с теоре-

тическими предсказаниями:

Δν

ν

=

gH

c

2

=

9,8 м

/

с

2

·

22,6 м

9

·

10

16

(

м

/

с

)

2

= 2,5 · 10

−

15

,

подтвердив тем самым, что фотоны подвержены гравитационно-

му воздействию.

Таким образом, как мы смогли убедиться, рассмотрев много-

численные и разнообразные эксперименты, в ряде случаев свет

надо рассматривать как поток корпускул — фотонов, облада-

ющих свойствами, присущими другим микрочастицам. Однако

для объяснения таких явлений, как интерференция и дифракция,

приходится исходить из волновых свойств электромагнитного

излучения. Оба аспекта природы — и волновой и корпускуляр-

ный — оказываются одинаково существенными. Поэтому для

объяснения всех особенностей поведения излучения оказалось

необходимым признать, что электромагнитные волны в извест-

ных условиях проявляют свойства потоков частиц. С равным

правом можно высказать и обратное утверждение: частицы элек-

тромагнитного поля — фотоны — проявляют волновые свойства.

Такой корпускулярно-волновой дуализм (двойственность) фо-

тонов противоречит сложившимся классическим, обособленным

друг от друга представлениям о волнах и частицах.

Сначала казалось, что фотоны, обладающие этими необыч-

ными свойствами, существенно отличаются от других частиц,

например от электронов или протонов. Однако дальнейшее раз-

витие физики микромира позволило установить, что корпуску-

лярно-волновой дуализм отнюдь не является специфической осо-

бенностью фотонов, а имеет гораздо более общий характер.

жүктеу/скачать 6,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: