Фотон как частица и как волна
В XIX веке свет считался волной. В 1905 году Эйнштейн объяснил фотоэффект, предположив, что свет — поток частиц (фотонов). Оба описания верны: в одних экспериментах свет ведёт себя как волна (интерференция, дифракция), в других — как поток частиц (фотоэффект, эффект Комптона). Это корпускулярно-волновой дуализм.
Энергия фотона
Энергия одного фотона определяется только его частотой ν (или длиной волны λ):
Где h = 6,626 · 10⁻³⁴ Дж·с — постоянная Планка, c ≈ 3 · 10⁸ м/с. Фиолетовый свет (ν выше) несёт больше энергии, чем красный. Рентгеновские фотоны — в тысячи раз энергичнее видимых.
Фотоэффект
Фотон, попадая на металл, может выбить из него электрон — если энергии фотона хватает преодолеть работу выхода A:
Ключевой факт: усиление света (больше фотонов) не помогает, если ν мало. Нужна достаточная частота, а не интенсивность. Именно это противоречило классической физике и потребовало квантового объяснения. За открытие фотоэффекта Эйнштейн получил Нобелевскую премию 1921 года.
Нет массы покоя — но есть импульс
Фотон не имеет массы покоя (m₀ = 0), поэтому не может остановиться — он или летит со скоростью c, или не существует. Тем не менее у фотона есть импульс:
Именно давление фотонов — световое давление — движет солнечными парусами и отчасти рассеивает хвосты комет от Солнца.
Фотоны вокруг нас
Каждую секунду на наш глаз падают миллиарды фотонов. Видимый свет, радиоволны, микроволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение — это всё фотоны, только разной частоты. Всё ЭМ-излучение едино по природе, различается лишь энергией кванта.
