Изучение и поглощение света атомами и молекулами. Соотношение неопределенностей. Гипотеза М.Планка.

В истории науки существовали две точки зрения на природу света. Одна из них, поддерживаемая  Ньютоном, рассматривала свет как поток упругих корпускул. Вторая точка зрения, отстаиваемая Р.Декартом рассматривала свет как механическую волну, распространяющуюся в упругой среде — эфире. До начала 19 в. господство удерживала первая точка зрения. Однако с 1801 г. ситуация резко изменилась в связи с установлением Т.Юнгом явления интерференции на двух щелях. Опыты Юнга были продолжены Френелем, который дал объяснение явлениям интерференции исходя из представлений о волновой природе света.  К середине 19 в. не было никаких сомнений по поводу того, что свет является волной. Открытие Максвеллом электромагнитной природы света только укрепило эту уверенность. Специальная теория относительности не подвергала критическому пересмотру эту точку зрения.  Классическая физика исходит из коренного различия между понятиями частицы и волны. Считается, что частица обладает конечным числом степеней свободы, строгой траекторией движения, отсутствием интерференции и дифракции. Волна же обладает бесконечным числом степеней свободы, бестраекторностью,  ибо каждая точка пространства, куда приходит возбуждение, сама становится источником вторичных волн.  Явление интерференции и дифракции — не что иное, как наложение друг на друга когерентных волн; то есть эти явления отражают волновую природу конкретных материальных объектов.

    Вся классическая физика строится исходя из представления о непрерывной природе пространства, времени, движения, непрерывного характера изменения всех физических величин. Гениальная гипотеза, высказанная М.Планком в связи с разрешением кризисной ситуации, которая сложилась в физике в конце 19 в. при исследовании законов излучения абсолютно черного тела, постулирует, что вещество не может излучать или поглощать энергию иначе, как конечными порциями (квантами), пропорциональными излучаемой (или поглощаемой) частоте. Энергия одной порции (кванта) Е = hv,где v — частота излучения, a h — универсальная константа, получившая название постоянной Планка, или элементарного кванта действия.

Постоянная Планка — универсальная константа, что означает: через нее могут быть выражены любые физические характеристики, которыми обмениваются два объекта, один из которых является микрообъектом.

Открытие Планка не перечеркивало ряд эффектов, в которых свет проявляет свои волновые свойства. Но при этом были открыты явления, свидетельствующие о корпускулярной природе света. Таким образом, заговорили о корпускулярно-волновом дуализме света: в одних ситуациях свет ведет себя как волна; а в других ситуациях свет ведет себя как поток частиц (фотонов).

Фотон обладает энергией Е — hv. Согласно теории относительности, частица с энергией Е обладает массой т = Е/С². фотон — частица, движущаяся со скоростью света С. При движении фотона его масса, как видно из приведенных формул, конечна. Однако подстановка в формулы специальной теории относительности значения скорости движущегося объекта V=С приведет к равенству нулю массы покоя фотона. То есть фотон существенно отличается от обычных известных к тому времени в физике частиц, так как не имеет массы покоя и может существовать только в движении. Из равенства вышеприведенных формул получим

hv = тС² . Импульс фотона Р — тС и, следовательно, равен

Р = hv/C = h/l, где l — длина волны.