Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
34. Иными словами, мы изучаем фотоэффект. Пусть V0 — задерживающий потенциал фотоэлемента, a W — работа выхода для фоточувствительного слоя. Если энергия волнового пакета будет больше
Emin=eV0+W, (34а)
фотоэлемент сработает, и мы услышим некий «щелчок» в регистрирующем устройстве.
165»
Выберем такое значение У0, чтобы
> ^min > (2/3) Йю, (34Ь)
где со — частота света. (Мы произвольно взяли 2/3 как число, большее 1/2, но меньшее единицы.) Если вся энергия цуга волн сконцентрируется на фотоэлементе, то мы услышим «щелчок». Но если фотоэлемента достигнет лишь половина энергии, щелчка не произойдет, гак как переданной электрону энергии будет недостаточно. чтобы он мог преодолеть задерживающий потенциал.
35. Классическая волновая картина позволяет расщепить цуг волн с помощью устройства, показанного на рис. 35А. Свет от источника очень малой интенсивности падает на расщепитель пучка, представляющий собой полупрозрачное посеребренное зеркало или .соответствующую расщепляющую призму. Можно добиться
того, чтобы интенсивности прошедшего и отраженного пучков были равны и чтобы интенсивность каждого из них равнялась половине интенсивности первичного пучка, проходящего через щель. Так что это возможный реальный эксперимент, в результате которого мы обнаружим, что интенсивности обоих пучков удовлетворяют поставленным условиям. Классическое объяснение этого результата весьма просто: падая на зеркало, каждый цуг волн расщепляется на две части. Щ
Рассмотрим, что происходит при падении на зеркало одиночного цуга волн. По классической модели он должен расщепиться на две части таким образом, чтобы энергия, переносимая проходящей частью цуга волн, была равна половине первичной энергии. Но тогда фотоэлемент 2 никогда не сработает!
Этот вывод, следующий из классической теории, находится в полном противоречии с опитом. Проходящий свет остается голубым, его частота равна со, и, пока % со > Етш, регистратор фотоэлемента 2 щелкает. Это показывает, что энергия прошедшего через зеркало света по-прежнему существует в виде порций tiсо. Введение в пучок зеркала приводит лишь к тому, что скорость счета уменьшается в два раза.
36. Насколько убедительны доказательства нерасщепляемости фотона, следующие из опыта, показанного на рис. 35А, или из других подобных опытов? Их можно считать весьма убедительными. Мы являемся свидетелями многих подобных опытов. Любой оптический прибор, в котором имеется фотоэлемент или фотопластинка, можно рассматривать как прибор, с помощью которого мы безуспешно пытаемся расщепить фотон. Простейший из таких опытов заключается в наблюдении фотоэффекта на различных расстояниях от источника
Зкран f Полупрозрачное | ^зеркаг"
¦{]
^сеета^ ! 4 Фотоэлемент2
J
, I
[±i
Фашозлемвит /
Рис. 35А. Сеет от источ-гихя с ссмощью полупрозрачное зеркала де;:.ггеч ;:а два пучка. Расщепляются л:; при yvo.i отдельные фотоны?
>166
света. Если атом подобен антенне, он должен испускать свет в виде цуга сферических волн. Интенсивность испущенного света пропорциональна 1 /г2, и по классической картине это означает, что энергия, переносимая одиночным цугом волн через единичную поверхность, находящуюся на расстоянии г от источника, пропорциональна Иг2. Поэтому, поскольку фотокатод имеет определенную площадь, поперечного сечения, то, поместив его на достаточно большом расстоянии, уже, видимо, можно добиться того, чтобы энергия, попадающая на него, была сколь угодно мала. Можно было думать, что при данном задерживающем потенциале фотоэлемент перестанет регистрировать свет, как только расстояние превзойдет определенный предел. Но этого, однако, мы не наблюдаем. В действительности только скорость счета уменьшается по закону Mr-. Возможно, наиболее удивительным примером является наблюдение фотоэлектрического эффекта от света далеких звезд. Цуг волн был испущен сотни тысяч лет назад и прошел огромные пространства космоса. И только малая часть энергии этого цуга может быть уловлена фотоэлементом, расположенным за телескопом. Тем не менее количество энергии, передаваемой электрону фотоэлемента, оказывается равным /но, как и в том случае, когда источником света является лампа, расположенная на столе, рядом с фотоэлементом.
