[вернуться к содержанию сайта]
Для объяснения фотоэлектрического эффекта существуют две теории: первая теория Ленарда (теория резонанса) видит причину эффекта в механизме атома, вторая теория Эйнштейна видит причину в особых свойствах света. Согласно первой теории, свет, по выражению О. Д. Хвольсона, играет роль спускного механизма: каждый электрон колеблется со свойственным ему периодом, благодаря присущей ему внутриатомной энергии; когда же наступает резонанс между его колебанием и колебанием света, электрон вылетает. Так как при такой точке зрения пришлось бы допустить, что в атоме существует набор электронов с бесконечным разнообразием скоростей, соответствующих бесконечному разнообразию периодов падающего света, то теория эта изменена в том смысле, что свет рассматривается как причина, вызывающая колебание электрона, период коего близок к периоду колебания света. При некоторой предельной скорости электрона, зависящей от скорости падающего света, электрон оставляет пластинку. Полный резонанс для данного электрона может наступить только при определённом периоде падающего света и эффект в этом случае должен быть наибольшим (селективный эффект).
Что касается второй теории, то она покоится на гипотезах Планка и Эйнштейна. Планк предполагает, что испускание света молекулой происходит всегда в количествах, кратных hν, где ν есть число колебаний молекулы и h – универсальная постоянная равная 6,55·10-27 эрг·сек. Эйнштейн же полагает, что свет не только испускается определёнными порциями, но и продолжает существовать в природе в виде таких порций так, что свет падает на предмет, так сказать, в виде дробинок – атомов света (квант). Не касаясь вопроса, каким образом падающий свет вызывает фотоэлектрический эффект, можно объяснить очень многие стороны этого явления, если принять, что 1) энергия фотоэлектронов получается за счёт энергии поглощённого света и 2) свет поглощается порциями, кратными hν, где ν – число колебаний молекулы. Под влиянием полученных порций энергии и при достаточном её накоплении электрон вылетает и накопленную энергию уносит с собою.
из статьи И. Габера "Фотоэлектрический эффект" // "Вестник опытной физики и элементарной математики", №637, 1915 г., стр. 11
– Если поверхность металла, помещённого в вакуум, осветить ультрафиолетовыми лучами, из этой поверхности вылетает определённое количество электронов. Поскольку их скорость не зависит от того состояния, в котором находится металл, в частности от его температуры, естественно сделать заключение, что источник энергии вылетающих электронов не в металле, а в лучах света, которые на него падают. Далее, отодвигая источник света от металла, легко установить, что скорость электронов не зависит от интенсивности света. Она зависит лишь от длины волны: чем волна короче, тем больше скорость. Объяснение этого факта представляет непреодолимую трудность для нашей теории. Непонятно, откуда электроны берут свою энергию, ведь при равномерном волнообразном распространении излучения во все стороны на единицу площади металлической поверхности будет попадать всё меньше и меньше энергии от удаляющегося источника, так что в конце концов она станет вовсе ничтожной...
– Единственное возможное объяснение этого факта, по-видимому, заключается в том, что световая энергия распространяется не совсем равномерно – она остаётся сосредоточенной в некоторых сгустках, которые летят по всем направлениям со скоростью света. Каждый такой сгусток, попадая на поверхность металла, может передать электрону свою энергию, причём эта энергия, разумеется, остаётся той же самой, как бы велико ни было расстояние от источника света…
– Как мы видим, здесь снова воскресает старая корпускулярная теория света, хотя и в совершенно изменённом виде. Однако то же самое явление, которое в своё время встало на пути световых корпускул, представляет ныне огромные трудности и для сгустков света. Я имею в виду интерференцию. Нам трудно сегодня объяснить, каким образом два световых сгустка, встречаясь друг с другом, могут нейтрализовать друг друга, не нарушая при этом закон сохранения энергии…
– При такой ситуации естественно предположить, что источник энергии отрывающихся от металла электронов заключён всё же не в лучах, а в самом металле. Что касается лучей, они лишь освобождают её, служат своего рода запалом — ведь одной искры бывает довольно, чтобы взорвать бочонок с порохом...
фрагмент доклада М. Планка 1919 г. из книги:
Мороз О. "Свет озарений", М.: Знание, 1980, стр. 143
Явление изменения длины волны при рассеянии света можно было бы объяснить с волновой точки зрения при помощи явления Доплера: электроны, рассеивающие рентгеновские лучи, под действием их выбрасываются из атомов по различным направлениям с разными скоростями. Таким образом, рассеянное излучение должно иметь изменённую длину волны в зависимости от скорости и направления движения рассеивающих электронов. Вычислив, как должны были бы двигаться рассеивающие электроны, нетрудно получить классическую картину явления Комптона.
Движение электронов, получивших заметные скорости в результате рассеяния рентгеновских лучей, удаётся наблюдать непосредственно на опыте. Для этой цели были произведены исследования с помощью камеры Вильсона, которая позволяет судить и о направлении рассеянных лучей, и о направлении движения электронов, выбитых при рассеянии рентгеновских лучей (электроны "отдачи"). И на пути электронов, и на пути рассеянного рентгеновского света появляются ионы, на которых конденсируется водяной пар, что делает видимым эти пути.
Как уже указано, можно рассчитать взаимные направления электронов и рассеянных лучей, необходимые для классического объяснения явления Комптона при помощи эффекта Доплера. С другой стороны, можно вычислить это распределение направлений электронов и фотонов по теории упругих столкновений. Эти две точки зрения приводят к разным результатам. Упомянутые опыты свидетельствуют в пользу квантовой теории явления, так что объяснение его с помощью эффекта Доплера следует признать неудовлетворительным. Таким образом, явление Комптона, подобно основным законам фотоэффекта, говорит в пользу представления о фотонах.
из книги: Ландсберг Г.С. "Оптика", М.: Наука, 1976, стр. 656
Комптоновское столкновение фотонов и электронов – это лишь иная форма доплеровского эффекта. Существующее экспериментальное подтверждение Комптоновского эффекта для связанных электронов не является окончательным, так же как и качественное экспериментальное подтверждение обратной Комптоновской отдачи фотонов от высокоэнергичных электронов.
из статьи У. Кантора "Эквивалентность эффекта Комптона
и эффекта Доплера" // Spectroscopy Letters, 4, 1971
Дата установки: 29.08.2012
[вернуться к содержанию сайта]
