ными порциями — квантами. Величина кванта поглощенной и излучаемой энергии про­порциональна частоте соответствующей волны:

e=hn.

Коэффициент пропорциональности (К) на­зывают постоянной Планка: h=6,62•10^-34 дж•сек.

Теперь можно было и решить задачу. Фор­мула Планка соответствовала результатам опы­та. Вслед за этим решением возникла кван­товая теория; Эйнштейн дополнил теорию Планка, предположив, что распространение света происходит квантами. Это объяснило закономер­ности фотоэффекта, обнаруженные в опытах Сто­летова.

Рассматривая с квантовой точки зрения по­глощение волны, падающей на поверхность заряженного металла, Эйнштейн выразил закон сохранения энергии в явлении фотоэффекта так:

где mv²/2 кинетическая энергия электрона, вы­летающего из металла, А — работа, затрачи­ваемая на его вылет. Если электроны не выле­тают из пластинки, это означает, что квант энер­гии меньше А. Увеличение интенсивности при­водит лишь к увеличению числа квантов, а не энергии в каждом кванте. Согласно квантовой теории на пороге фотоэффекта частота световой волны — это та частота, при которой квант энергии равен работе, затраченной вылетаю­щим электроном:

n₀=A/h.

Если же частота волны больше частоты порога, то кинетическая энергия вылетающего электрона будет равна разности между квантом энергии и работой вылета:

¹/₂ mv² = hv-А.

Так возникло представление о новых кванто­вых свойствах электромагнитного поля и, естест­венно, его видимого спектра — света.

Следующим успехом квантовой теории было то, что она объяснила спектры излучения ато­мов. Возьмем, например, спектр водорода. В нем видны линии, отстоящие друг от друга и объ­единенные в группы — серии. Каждая линия указывает на электромагнитную волну опреде­ленной частоты. Значит, атом при излучении волны отдает строго определенную энергию. В этом, собственно, и состоит квантовый характер излучения. Он выражается правилом частот Бора:

hn=E₁-E₂,

где E_l — энергия атома до излучения кванта энергии, E₂ — энергия атома после излучения, a n — частота волны.

Квантовая теория обогатилась, таким обра­зом, новым физическим содержанием. Она от­крыла те возможные значения энергии, которы­ми обладает атом. Не любые значения энергии может иметь атом, а только, как принято гово­рить, квантовые, так как энергия атома изменяется скачком.

Эта особенность побудила искать другие квантовые свойства атомов. Физики обратились к магнитному моменту атома. Опыт был прост. Узкий пучок атомов пропустили через магнитное поле. Пройдя поле, пучок разделился надвое. Магнитные моменты, следовательно, ориентиро­ваны двумя способами и имеют определенную величину, т. е. тоже оказываются квантован­ными .

Таким образом, квантовый характер элект­ромагнитного поля отражает квантовые свой­ства излучающих его источников — атомов и молекул. Видимый свет стало возможным объяс­нить при помощи фотона — частицы, энергия которой равна кванту:

e=hn.

Так открылась двойственная природа све­та — волновая и корпускулярная. Каждое свойство объясняет определенный круг явле­ний. Они не исключают друг друга, а допол­няют.

Квантовая электроника

В 1917 г. Эйнштейн обнаружил одно инте­ресное явление, но, как ни странно, не придал ему особого значения. Когда пучок света про­ходит через слой вещества, он частично погло­щается этим слоем. Луч света — это поток фото­нов, энергия каждого из них равна кванту hn. Проходя через вещество, фотон встречается с его атомами и может быть ими поглощен. Число фотонов луча уменьшится, и вышедший из слоя пучок будет менее интенсивным. Но что произой­дет с атомом, поглотившим фотон? Энергия его вырастет; он перейдет, как говорят физики, на более высокий энергетический уровень. Но в та­ком возбужденном состоянии он будет нахо­диться недолго, примерно 10^-7 сек. Вер­нувшись в нормальное состояние, он отдаст полученную энергию — испустит фотон в лю-

218