Квантова теорія світла

У 1900 р. німецький фізик Макс Планк, вивчаючи природу випромінювання нагрітих твердих тіл, висловив припущення, що енергія випромінюється і поглинається не безперервно, а дискретно, певними частинами – квантами, пропорційними частоті коливань.

Величину кванта енергії можна обчислити зі співвідношення, яке називається рівнянням Планка:

,(3)

де Е – кількість енергії з частотою коливань n; h – константа пропорційності, або універсальна стала Планка, що дорівнює 6,626 × 10^-34 Дж×с.

Із рівняння видно, що енергія кванта тим більша, чим більша частота коливань або чим менша довжина хвилі.

Постулат Планка був обґрунтований Ейнштейном (1905). Аналізуючи явище фотоелектричного ефекту, тобто здатності металів випромінювати електрони під дією світла, він дійшов висновку, що електромагнітна (промениста) енергія існує лише у формі квантів і випромінювання є потоком неподільних матеріальних частинок (фотонів), енергія яких визначається за рівнянням Планка.

Із погляду класичної механіки обертання електрона з масою m навколо ядра атома визначається моментом кількості руху, тобто добутком mvr, де r – радіус кола; v – швидкість руху електрона. Припускається, що величини r і vможуть змінюватись як завгодно і безперервно.

У квантовій механіці енергія електрона, що рухається, може змінюватись тільки квантами. Це означає, що величини r і v, від яких залежать величина енергії і момент кількості руху mvr, також мають змінюватись стрибкоподібно. У квантовій механіці момент кількості руху виражається співвідношенням h/2p і може дорівнювати h/2pn, де n = 1,2,3,4, ..., тобто будь-якому цілому числу

. (4)