Квантові властивості світла

Гіпотеза Планка. Вам уже відомо, що світло – це електромагнітні хвилі. Джерелом електромагнітних хвиль є електричний заряд, що прискорено рухається. За теорією Максвелла випромінювання видимого світла нагрітими тілами можна пояснити коливальним рухом електронів в атомах речовини. Але теорія Максвелла не дає пояснення розподілу енергії у спектрі випромінювання розжареного тіла. Саме розв’язання цієї проблеми і дало поштовх для створення квантової фізики.

На рисунку 1 зображені експериментально отримані криві розподілу енергії у спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла (модель фізики – тіло, яке за будь-якої температури поглинає всю енергію спадаючого на нього світла).

На графіках чітко проглядаються максимуми енергій для різних температур нагрітого тіла. Саме цих максимумів не повинно бути за теорією Максвелла, раз випромінювання відбувається суцільним потоком.

Вихід з критичної ситуації був запропонований у 1900 році німецьким фізиком Максом Планком. Він припустив, що атоми нагрітих тіл випромінюють світло окремими порціями, які він назвав квантами. Енергія кванта пропорційна частоті випромінювання:

Е = hν (1)

Коефіцієнт пропорційності h отримав назву сталої Планка. ν – частота світла. Е = hc/λ.

На основі цієї ідеї План вивів закон розподілу енергії в спектрі нагрітого тіла, який добре узгоджувався з експериментальними даними. Приблизне значення сталої Планка дорівнює h = 6,63.10^-34 Дж.с.

Іноді використовують так звану приведену сталу Планка:

ħ = h/2π = 1,05.10^-34Дж.с.

Формула (1) – це друга з простих значних формул фізики (перша – формула Ейнштейна, що зв’язує масу спокою тіла та його енергію Е = mc²). Після відкриття Планка почала розвиватися квантова фізика.