5.4.10. Опыт Боте. Фотоны

Чтобы определить распределение энергии в спектре равновесного теплового излучения, достаточно, как показал Планк, допустить, что свет испускается только квантами hω.

Для объяснения фотоэффекта достаточно предположить, что свет поглощается такими же порциями.

Эйнштейн выдвинул гипотезу, что свет распространяется в виде дискретных частиц, первоначально названных световыми квантами (фотонами). Подтверждение на опыте Боте доказало существование фотонов.

Если бы излучаемая энергия распространялась равномерно во все стороны, как следует из волновых представлений, оба счетчика должны срабатывать одновременно и отметки должны располагаться одна против другой. В действительности отмечалось совершенно беспорядочное расположение отметок.

Энергия фотона определяется его частотой.

Е= hω

Чтобы определить импульс фотона, воспользуемся соотношениями теории относительности.

Рассмотрим две системы отсчета К и К´, движущихся относительно друг друга со скоростью υ₀. оси х и х´ направлены вдоль υ₀. пусть в направлении осей летит фотон. Энергия фотона в системах К и К´ равна соответственно hω и hω´. Частоты связаны соотношением

ω´=,

следовательно

Е´=.

Обозначим импульс фотона в системе К-Р, в системе К´ -Р´. Из соображений симметрии следует, что импульс должен быть направлен вдоль оси х. Поэтому Р_х=Р, Р´_х= Р´. при переходе от одной системы к другой энергия и импульс преобразуются

Е´=

Е(I-υ₀c)=E- υ₀/P.

Отсюда

=.

Такое соотношение справедливо лишь для частиц с

нулевой массой покоя, движущихся со скоростью с.

Таким образом, из квантового соотношения и общих принципов теории относительности вытекает, что:

-масса фотона покоя равна 0,

-фотон движется со скоростью света.

Это означает, что фотон – частица особого рода, отличающаяся от электрона, протона и др., которые могут существовать при υ₀