А.Н. Матвеев - Атомная физика (1121290), страница 12
Текст из файла (страница 12)
§ 10, 16).В световом диапазоне напряженностиэлектромагнитногополяволны - ненаблюдаемыевеличиныиз-за больш ой частоты колебаний(ю ~ 1015 с -1 ), поскольку измеряетсявсегда среднее значение по конечному42 1 К орпускулярны е свойства электром агнитны х волн1♦!23Опыт Винерапромежутку времени, которое равнонулю при усреднении напряженностиэлектромагнитного поля волны попериоду колебаний или многим периодам. П оэтому в световом диапазоне электромагнитных волн величины Ф(г, t) ненаблю даемы Н аблю даемыми являю тся энергетическиевеличины светового потока, пропорциональныеквадратуамплитудынапряженности электрического поляволны.
М ожно говорить также обобъемной плотности электромагнитной энергии волны как о наблю даемой величине. Эти величины однозначно связаны между собой. Если8 0 - амплитуда напряженности линейнополяризованнойплоскойволны, то средняя объемная плотность электромагнитной энергии ввакууме равна w = 1/ 2 е 0 8 о , а средняяплотность потока энергии вы ражается формулой ( S ) = cw, где с скорость света в вакууме.Интерференция обусловливаетсясуперпозициеи напряженностей электромагнитных полей интерферирующих волн, а проявляется она как изменение средней объемной плотностиэнергии или как изменение среднегопотока энергии электромагнитныхволн в пространстве.Из изложенного можно сделатьдва важных вывода.Во-первых, если световой потокпредставить как поток фотонов, тонеобходимо допустить, что концентрация фотонов в потоке пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля волны(п ~ 8 о) Во-вторых, нельзя представить интерференцию как процесс«суперпозиции фотонов»Корпускулярнаяинтерпретацияопытов Винера.
Электромагнитнаяприрода света была впервые экспериментально подтверждена в классических опытах О. Винера (1890), которыйнаблю дал интерференцию от двухмонохроматических световых волн,распространяющихся навстречу другдругу. Такие движущиеся в противоположных направлениях взаимно когерентные волны возникаю т в результате отражения от зеркала световойволны, падающей на него по нормали. При отражении от металлического зеркала фаза колебаний векторанапряженности электрического поляволны изменяется на п, что обеспечивает соблюдение равенства нулю тангенциальной составляющей электрического поля на поверхности металла.Направляя ось Z по нормали к поверхности зеркала, а ось Х -к о л л и неарно линии колебаний вектора напряженности 8 электрического поляволны (рис.
23), можно для падающейи отраженной волн написать:8 1 = 8 lx (z, t) = 8 о cos (со? + kz) ,(5.4)8 2 = 8 lx (z, t) = 8 о cos (cot —kz + л ),$ 5. И нтерф еренция ф ото н о в 4 3где приняты одинаковыми амплитуды падаю щей и отраженной волн иучтено изменение фазы волны приотражении на п. В результате суперпозиции волн возникает стоячаяволна, напряженность которойg = S \+ S 2=центры восстановленного серебра.Это центры проявления. Частицы, вкоторых имеются центры проявления, восстанавливаю тся при проявлении светочувствительного слоя дометаллического серебра. Там, где нетцентров проявления, частицы остаются галоидными.
После проявления= 2 S 0 cos (kz — л/2) cos (соt + тс/2) =при «фиксации» частицы галоидного= — 2<f 0 sin kz sin и /.(5.5)серебра удаляю тся и в слое остаетсяСледовательно, распределение ин лишь металлическое серебро в мелкихтенсивности интерференционной кар частицах, которые образую т почернение слоя.тины по оси ZПри использовании представленияI = { g 2 ) = 4 # о sin2 k z ( sin2 со?) =о фотонах образование центров про= 2<f о sin2 kz(5.6)явления объясняется поглощением(рис. 23).Посколькурасстояние фотонов частицами галоидного семежду пучностями в интерференцион ребра.
Частицы галоидного серебраной картине очень м ало ( « 0,3 мкм), равномерно распределены по объемуВинер измерил почернение в тонком светочувствительного слоя. Вероятсветочувствительном слое А В (поряд ность поглощения фотона галоиднойка X/2Q), расположенном под очень частицей для фотонов фиксированнойм алы м углом ср к поверхности зер частоты может считаться постоянной.кала (рис. 23). Если расстояния между Число поглощенных фотонов в некопучностями по нормали к поверх тором физически бесконечно м аломности зеркала равны Х/2, то в наклон объеме пропорционально произведеном тонком светочувствительном нию числа частиц галоидного серебраслое эти расстояния равны d =в этом объеме, вероятности поглощ е= Х/(2 sin ф), т. е.
при достаточно м а ния фотона и концентрации фотонов.лых углах ф м огут быть сделаны «Почернение» объема, с одной стодостаточно больш ими и их можно роны, пропорционально числу поглоизмерить. Предсказания электромаг щенных фотонов, а с другой стороны,нитной теории света в опытах Винера интенсивности (5.6) интерференционполностью подтвердились. Кроме ной картины. Отсю да заключаем, чтотого, они доказали, что ф отографи концентрация фотонов в стоячейческое действие обусловлено электри волне пропорциональна ~<?oSin2/cz,ческой напряженностью поля волны, а т. е. изменяется на длине стоячейне индукцией магнитного поля волны.
волны и определяется квадратом(6"0 sin kz)2колебанийД ля корпускулярной интерпрета амплитудыции опытов Винера надо принять во вектора напряженности электричесвнимание физику явлений, обусловли кого поля в соответствующих точкахвающих фотографический процесс. стоячей волны.Светочувствительный слой состоит изПоглощение фотона частицей гачастиц галоидного серебра (бромис лоидного серебра означает физитое серебро), рассеянного в желатине.
чески обнаружение ф отона в областиПри попадании света на частицу этой частицы. Поглощение фотонагалоидного серебра в ней возникают галоидной частицей является случай-1 К орпускулярны е свойства электром агнитны х волн24Интерференционный опыт Ю нганым процессом и может описыватьсялиш ь вероятностными методами. И зложенные рассуждения позволяю тсделать заключение, чтоплотность вероятности обнаружитьфотон вблизи координаты z пропорциональна | <f0 sin kz | 2, т. e. квадратуамплитуды напряженности электрического поля волны.Э тот вывод важен для корпускулярной интерпретации интерференции электромагнитных волн, но он неозначает, что фотон обладает координатами и движется по какой-тотраектории.Для корпускулярной интерпретации явлений интерф еренции электромагнитныхволн н еобход и м о допустить, что концентрация ф отон ов в электромагнитной волне пропорциональна квадрату амплитудынапряженности электрического поля волны.
Отсюда нельзя сделать заключение,что амплитуда волны мож ет рассм атриваться как волновая функция ф отон а, ноэто важно при обсуж ден и и ф изи ч ескогосмы сла волновой функции.НеЧто озн ачает утверж дение, что «ф отон и н терф ер и р у ет сам с собой», и что доказы ваетсп раведливость этого утверж дения?Как интерпретируется возникновение и нтерф ер ен ц и он н ой картины при суперпозициивзаим н о когерентных излучений двух о д н о м о довы х л азер о в , если «ф отон и н терф ерируетсам с собой»?Корпускулярнаяинтерпретацияопыта Юнга. Опыт Ю нга (1801) поинтерференции света от двух взаимнокогерентныхисточниковсыгралисторическую роль при переходе оттеории истечения Н ью тона к волновой теории света. Взаимно когерентными источниками являю тся двещели S 1 и S 2 в непрозрачном экране,на который падает плоская волна(рис.
24). О т каждой из щелей в точкуэкрана с координатой у приходит лучсвета, даю щ ий на экране интенсивность освещения 10 = 1/ 2$о ПРИзакрытой другой щели. П ри откры тых одновременно двух щелях интенсивность1(у) = $Ъ( 1 + cos5) == 2/0(1 + cos 5),(5.7)где5 = 2nd/(XI)(5.8)- разность фаз между интерференцирующими волнами; d, X, / - соответственно расстояние между щелями, длина волны света, расстояниемежду непрозрачным экраном и экраном, на котором наблю дается интерференция. Таким образом, интенсивность интерференционной картины вточках экрана не равна сумме интенсивностей от щелей по отдельности.Отличие обусловливается разностьюфаз волн от щелей.
О тсю да для корпускулярной интерпретации опытаЮ нга возникаю т чрезвычайно большие трудности. Если каким-то образом приписать отдельному фотонуфазу, тогда необходимо считать, что8 в (5.7) является разностью фаз двухфотонов, прошедших через различные щели. Но это противоречит закону сохранения энергии, посколькудва фотона при попадании в однуточку экрана выделяю т энергию, неравную сумме их энергий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
