Страница 58 из 161
Р’ РїРёСЃСЊРјРµ своему РґСЂСѓРіСѓ Конраду Хабихту (18761958) Рйнштейн писал Рѕ своей работе:
Она относится к излучению и к энергетическим характеристикам света и, как вы увидите, является очень революционной.
Несмотря РЅР° такую декларацию, РІ обсуждениях физической интерпретации закона Р’РёРЅР° Рё РїСЂРё изложении концепции квантов света, Рйнштейн РЅРµ считал, что РѕРЅ порывает СЃ традициями. Р’РІРѕРґСЏ квант света, РѕРЅ применял когерентный РїРѕРґС…РѕРґ Рє статистическим методам, относящимся Рє теории теплового излучения. Однако РѕРЅ назвал СЃРІРѕРµ введение гипотезы световых квантов революционным шагом, поскольку РѕРЅ полагал, что это противоречит электродинамике Максвелла, требующей, чтобы излучение было непрерывным потоком энергии РІ пространстве.
Чтобы понять, как Рйнштейн СЃРјРѕРі построить такую теорию как раз РІ то время, РєРѕРіРґР° Планк старался продемонстрировать, что его теория квантования осцилляторов была РЅРµ более чем уловкой для вычислений, нужно рассмотреть личностные особенности этих РґРІСѓС… ученых. РћРЅРё придерживаясь разных точек зрения. Планк был знаменитым Рё зрелым ученым, который стремился поддержать СЃРІРѕР№ престиж РІ академических кругах, Рё избегал выходить Р·Р° пределы тех научных теорий, которые были хорошо известны РІ то время. Р’СЃРµ его усилия были сконцентрированы РЅР° том, чтобы сделать СЃРІРѕРµ открытие частью объяснения, согласующегося СЃ теориями Максвелла Рё Больцмана.
Молодой, без предубеждений Рё академических обязательств, Рйнштейн РІ то время работал РІ Швейцарском Патентном Р±СЋСЂРѕ. РћРЅ РјРѕРі идти РЅР° СЂРёСЃРє. Как было описано Рњ. Кляйном[1], РѕРЅ РЅРµ был подвержен сильному влиянию физики девятнадцатого века Рё осмелился бросить вызов успешной теории света, которая была ее наиболее характерной особенностью. Вместо этого РѕРЅ утверждал, что свет может, Рё для РјРЅРѕРіРёС… целей должен, рассматриваться как состоящий РёР· собрания независимых частиц (квантов) энергии, которые ведут себя как частицы газа. Рта гипотеза световых квантов означала возвращение Рё модернизацию корпускулярной теории света, которая была предана забвению РїРѕРґ тяжестью всех доказательств РІ пользу волновой теории, накопленных РІ течение почти ста лет.
Вопреки тому, что можно было Р±С‹ предположить, гипотеза Рйнштейна РЅРµ была развитием теории черного тела Планка. Рйнштейн знал работу Планка, РЅРѕ РЅРµ разделял полностью аргументацию. Р’ 1905 Рі. РѕРЅ РЅРµ использовал теорию Планка, РЅРµ использовал его формулу Рё РЅРµ ссылался РЅР° его гипотезу. РћРЅ следовал РґСЂСѓРіРёРј путем Рё даже РЅРµ использовал Р±СѓРєРІСѓ h РІ выражении для энергии кванта света С‚.Рµ. произведение постоянной Планка РЅР° частоту, РЅРѕ использовал комбинацию констант, РІ которых появлялись константа закона идеальных газов, число Авагадро Рё константа, которая уже имеется РІ законе распределения излучения черного тела, даваемого формулой Р’РёРЅР°.
Р’СЃРµ это, однако, РЅРµ означает то, что идеи Планка отвергались, Рё то, что кванты света были изобретены без предшествующих РґРёСЃРєСѓСЃСЃРёР№ РѕР± элементах энергии, Р° просто то, что световые кванты РЅРµ являются прямым выводом или обобщением элементов энергии. Точно также гипотеза световых квантов отнюдь РЅРµ мотивировалась необходимостью объяснить фотоэффект, который РІ 1905 Рі. РЅРµ рассматривался как проблема. Вместо этого Рйнштейн искал ответ РЅР° общую проблему, которая, как РјС‹ видели, так же была выдвинута Рэлеем, Рё найти причину очевидной невозможности совместить излучение черного тела СЃ теорией Максвелла. Чтобы подтвердить соображения, Рє которым пришел, РѕРЅ Рё использовал определенные экспериментальные факты, включая результаты экспериментов РїРѕ фотоэлектрическому эффекту.
Объяснение фотоэлектрического эффекта РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ понятия фотонов потребовало РјРЅРѕРіРѕ лет РґРѕ полного принятия. Наилучшее подтверждение теории Рйнштейна пришло РёР· измерений, которые произвел американский физик Роберт РРЅРґСЂСЋ Милликен (18681953) РІ период 19161926 РіРі.
Милликен родился в Моррисоне (�ллинойс, США) и получил докторскую степень по физике в Колумбийском университете. Затем в 1896 г. он отправился в Европу, где посетил университеты Берлина, Гёттингена и Парижа. Он встретился с Максом Планком, Вальтером Нернстом и Анри Пуанкаре. В 1896 г. он был ассистентом Альберта А. Майкельсона в университете Чикаго, где и стал профессором в 1910 г. В 1921 г. он перешел в Калифорнийский технологический институт. В 1923 г. он получил Нобелевскую премию по физике за его прецизионные измерения заряда электрона и постоянной Планка.
Милликен, который первоначально РЅРµ верил РІ теорию Рйнштейна, дал лучшие проверки ее достоверности Рё получил Нобелевскую премию РїРѕ физике также Р·Р° эти результаты. Окончательное доказательство пришло позднее, РєРѕРіРґР° американский физик Артур Комптон (18921962) обнаружил РІ 1922 Рі., что рентгеновские лучи рассеиваются свободными электронами так, как если Р±С‹ РѕРЅРё были частицами СЃ энергией hf (f частота излучения) Рё СЃ импульсом hf/c, как Рё предсказывал Рйнштейн. Р’ частности, рассеянный квант имеет частоту, отличную РѕС‚ частоты падающего излучения, Рё эта частота изменяется СЃ углом, РїРѕРґ которым РѕРЅ рассеивается (эффект Комптона, Р·Р° который РѕРЅ получил Нобелевскую премию РІ 1927 Рі.). Рто факты, которые невозможно объяснить РІ рамках волновой теории. РќРѕ РІ то время гипотеза Рйнштейна световых квантов уже была полностью признана.