У чому полягає досвід Боті :: Природничі науки

Протягом багатьох років одним із спірних питань у фізиці була природа світла. Одні дослідники, починаючи з І. Ньютона, представляли світ як потік частинок (корпускулярна теорія), інші дотримувалися хвильової теорії. Але жодна з цих теорій окремо не пояснювала всіх властивостей світла.

На початку 20 ст. стає особливо очевидним протиріччя між класичною хвильової теорії світла і результатами експериментів. Зокрема, це стосувалося фотоефекту, який полягає в тому, що речовина під впливом електромагнітного випромінювання - зокрема, світла - здатне випускати електрони. На це вказував А. Ейнштейн, як і на здатність речовини перебувати в термодинамічній рівновазі з випромінюванням.

Велике значення при цьому набуває ідея квантування електромагнітного випромінювання (тобто прийняття нею тільки певного значення, неподільної порції - кванта) - на противагу хвильової теорії, що передбачала, що енергія електромагнітного випромінювання може бути будь-хто.

Передісторія досвіду Боті

Уявлення про квантову природу електромагнітного випромінювання взагалі і світла зокрема не відразу була прийнята всіма фізиками. Деякі з них пояснювали квантування енергії при поглинанні і випромінювання світла властивостями речовин, які поглинають або випромінюють світло. Це могло б бути пояснено моделлю атома з дискретними рівнями енергії - такі моделі розробляли А. Зомерфельд, Н. Бор.

Переломним моментом став експеримент з рентгенівським випромінюванням, здійснений в 1923 р американським ученим А. Комптоном. У цьому досвіді було виявлено розсіювання світлових квантів на вільних електронах, назване ефектом Комптона. У той час вважалося, що електрон не має внутрішньої структури, отже, рівнів енергії у нього бути не може. Таким чином, ефект Комптона доводив квантову природу світлового випромінювання.

Досвід Боті

У 1925 р був проведений наступний експеримент, який доводить квантову природу світла, точніше - квантування при його поглинанні. Поставив цей досвід німецький фізик Вальтер Боте.

Пучок рентгенівського випромінювання низької інтенсивності впливав на тонку пластинку фольги. При цьому виникало явище рентгенівської флуоресценції, тобто фольга сама починала випускати слабке рентгенівське випромінювання. Ці промені фіксувалися двома газорозрядними лічильниками, які були поміщені ліворуч і праворуч від пластинки. За допомогою спеціального механізму показання лічильників фіксувалися на паперовій стрічці.

З точки зору хвильової теорії світла, енергія, що випромінюється фольгою, повинна була розподілятися рівномірно у всіх напрямках, в тому числі і в тих, де знаходилися лічильники. Відмітки на паперовій стрічці при цьому з`являлися б синхронно - одна точно навпроти іншої, але цього не відбувалося: хаотичне розташування позначок говорило про виникнення частинок, які летіли то в одному, то в іншому напрямку від фольги.

Таким чином, досвід Боті довів квантову природу електромагнітного випромінювання. Пізніше електромагнітні кванти були названі фотонами.