光的量子理論

光的量子理論

正文

光由光子組成的理論。光的量子理論的初步思想是由M.普朗克於1900年提出來的。到1905年由A.愛因斯坦發展為完整的理論。
1900年，為了解釋黑體輻射的能量分布，普朗克假設：與空腔中的輻射處於熱平衡的赫茲振子的能量只能取0，hv,2hv，…等分立值。這裡v 為振子的頻率,h為一常數，後來人們稱之為普朗克常數。由於振子能量是分立的，所以它發射與吸收光只能是一份一份的，每一份光能為hv。根據普朗克的分析，常數h取適當的值,即可得到與實驗相符合的黑體輻射的能量分布。當代測定的h值為6.6262×10-34焦耳·秒。
在普朗克假設中,振子輻射光能雖是一份一份的,但被發射的光能是連續分布於整個空間的。1905年愛因斯坦進一步假設頻率為v的光束是由稱為光子的粒子組成。每一光子的能量為

。 (1)

光子以光速с 運動。根據相對論，光子的靜止質量為零，它的運動質量為

(2)

光子的動量等於

(3)

式中Δ為光波長。這樣,物體發光是發射一個個光子，吸收光也是吸收一個個光子。以上就是愛因斯坦的光的量子理論。
在量子理論中，可以求得光的能量密度ω,能流密度S以及動量密度p。設單位體積中有N個光子,則光的能量密度、能流密度、動量密度分別為

， (4)
， (5)
。 (6)

在量子理論中，光子對物體表面的撞擊造成光壓。
愛因斯坦提出量子理論的最初目的是用以解釋光電效應的，直到1916年R.A.密立根的實驗才定量地證明了愛因斯坦的解釋是正確的。1923年，A.H.康普頓觀察了X射線與電子的碰撞，解釋了散射光波長的改變,進一步證實了光子的能量與動量公式是正確的(見康普頓效應)。
參考書目
　E. T. Whitaker, A History of the Theories of Aether and Electricity,Vol.2, Thomas Ne1son and Son, London, 1953.

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