Почему волновая теория не может объяснить фотоэффект и доказывает корпускулярную природу света?

Я могу понять, как можно смоделировать свет так, чтобы он имел волновые характеристики, из эксперимента Юнга с двумя щелями.

Но я не могу понять, как мы можем понять, что свет имеет характеристики частиц из фотоэлектрического эксперимента. Как именно волновой характер не может объяснить явления, наблюдаемые в этом эксперименте? И как получается, что природа частиц побеждает волновую теорию?

Ответы (3)

Были попытки описать фотоэффект, рассматривая ЭМ поле как классическую волну. Для обсуждения см. предыдущий вопрос « Можно ли объяснить фотоэффект без фотонов? ». Один из ответов описывает, что фотоэлектрический эффект можно хорошо объяснить, рассматривая электромагнитное поле более или менее как классическую волну. Для объяснения других экспериментальных данных необходима квантованная версия электромагнитных волн.

По второй части вашего вопроса "А как получается, что корпускулярная природа побеждает волновую теорию?" Вышеизложенное не означает, что эти «волновые кванты» (или фотоны) являются частицами в том смысле, что они являются локализованными объектами, летящими в пространстве, пока они не «ударятся» об атом, выбивая электрон. Фотон как квант волн не локализован и не отслеживается, как можно было бы подумать о частице. Некоторые физики относятся к этим фотонам как к частицам, что может привести к путанице (например, через какую щель они пролетели в этих экспериментах с двумя щелями), но суть в том, что даже если вы называете эти кванты частицами, они, конечно, не опровергают квантовую версию теории. волновая теория.

Почему бы вам не посмотреть это видео , обучающее видео уровня A для фотоэлектрического эффекта.

Резюме наблюдений загадочного фотоэлектрического эффекта:

  1. Электроны были испущены немедленно - без временной задержки!

  2. Увеличение интенсивности света увеличивает количество фотоэлектронов, но не их максимальную кинетическую энергию!

  3. Красный свет не вызовет выброса электронов, какой бы интенсивности он ни был!

  4. Слабый фиолетовый свет выбрасывает только несколько электронов, но их максимальная кинетическая энергия больше, чем у интенсивного света с более длинными волнами!

Суть в том, что эффект исчезает на пороговой частоте и не зависит от интенсивности света, падающего на металл .

фотоэлектрический

Волновой формализм не может объяснить всего этого, потому что энергия в волнах аддитивна, чем интенсивнее луч, тем больше энергии он отдает, но фотоэлектрические эксперименты показывают, что это неверно для «световой волны» + «электронов в металле». рассеяние.

Независимо от того, насколько силен входящий луч света, если его частота ниже порога (в зависимости от металла), электроны не сдвинутся с места. Это показывает корреляцию один к одному, которую может объяснить только модель частиц.

@JanBos, ты только что сказал это в газах. Есть еще металлы. Кроме того, понимание КТП выходит за рамки возможностей любителей физики.
@JanBos Как экспериментатор, я бы предпочел говорить об измерении частиц, то есть о приближении к классическим понятиям. Для меня КТП — еще одна хорошая математическая модель природы, но не природы. Насколько я понимаю, использование его в качестве эфира, по которому понятие «частица» распространяется как волна, дважды удаляется от данных.
В фотоне нет ничего похожего на частицу, и использование его таким образом не помогает никакому пониманию. На самом деле, на мой взгляд, это создает больше путаницы. Вот почему я упомянул пример фотоэффекта в газах, в котором понятие частицы совершенно явно не подходит для описания данных по сравнению с фотоэффектом на металле.
@JanBos Посмотрите на этот одиночный фотон через двойную щель и скажите мне, что нет ничего лучше частицы sps.ch/en/articles/progresses/… . точки - это следы классических частиц, в конце концов
Эти точки являются следствием взаимодействия ЭМ поля с веществом, используемым в детекторах. См. золотое правило Ферми. Нет необходимости в частицах, чтобы описать их.
@JanBos конечно, если ты хорошо разбираешься в математике. Но то же самое верно и для пулевых и пескоструйных отверстий, это следы, которые прошла «частица», электромагнитно взаимодействующая с материей, вот что мы подразумеваем под «частицей» в повседневной жизни.
@Annav, этот ответ не отвечает на вопрос «почему», потому что в принципе может быть классический порог длины волны из-за задействованных масштабов размеров. Т.е. если длины волн становятся слишком большими по сравнению с атомным масштабом, то становится важной поляризуемость, ЭМ поля эффективно снижаются, большая длина волны только "видит" нейтральный атом как единое целое и т.д.
@ user1247 Для того, что вы описываете, потребуются числа для размеров металлической решетки и т. д., а также разрывы трудно смоделировать с помощью классических волн. У вас есть ссылка ?
@Annav, вы дали концептуальный ответ («волновой формализм не может объяснить это, потому что энергия в волнах аддитивна, чем интенсивнее луч, тем больше энергии он доставляет»), и я просто указал, что этот концептуальный ответ ошибочна, потому что легко найти правдоподобные концептуальные причины, по которым волновой формализм мог бы легко приспособиться к такому поведению. Дело в том, что ответ, который на самом деле объясняет, «почему это свидетельство существования фотонов», должен объяснять, почему классический формализм не работает, несмотря на вполне правдоподобные причины, по которым он мог бы работать.
@Anna Видео очень элементарное и не удовлетворяет мои потребности. Но мне нравится ответ, который вы дали. И все же я мог бы найти другое объяснение провала волновой теории, кроме частоты.
@ Анна Я случайно удалил некоторые из своих комментариев на своем смартфоне, но волновая теория электромагнитного поля все еще может объяснить фотоэлектрический эффект, как я указал в своей версии ответа. То, что этот эффект приводит к частицам, — своего рода городской миф. Но что еще хуже, это приводит к путанице, когда речь идет о других экспериментах с электромагнитными волнами, таких как двойная щель, которая использует что-то вроде фотоэлектрического эффекта для своих детекторов.

С другой стороны, испускание, а также поглощение фотонов электромагнитного излучения являются хорошим описанием. Фотоэлектрическое явление является хорошим примером того, что электромагнитное излучение состоит из фотонов.

Описание ЭМ излучения как волны имеет некоторые недостатки. Для теплового источника ЭМ излучения нельзя напрямую измерить ни амплитуду, ни длину волны. Для монохроматического источника (с малой апертурой) за двойной щелью можно измерить расстояния между полосами распределения интенсивности, что объясняется интерференцией выходящих из двух щелей круговых волн (принцип Гюйгенса). Но поскольку явление интерференционных полос возникает за каждым отдельным острым краем и даже для потока одиночных испущенных фотонов, объяснение с помощью принципа Гюйгенса для этого случая неприемлемо. Чем больше доказательств волновой природы дает картина, распределение интенсивности которой имеет уравнение волны (уравнение греха).

Но на самом деле есть ЭМ излучение, частота которого измеряется напрямую. Радиоволны производятся путем ускорения электронов в стержне антенны генератором волн вперед и назад. Это вызывает испускание фотонов. Такое ЭМ излучение явно обладает свойствами переноса энергии с волновыми характеристиками.

Описание монохроматического электромагнитного излучения с соответствующей длиной волны/частотой полезно, но не обязательно. Достаточно описания энергией вовлеченных фотонов.

Подробнее о фотонах, электромагнитном излучении и радиоволнах смотрите в этом ответе .

Почему волновая теория не может объяснить фотоэффект и доказывает корпускулярную природу света?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v