них может излучать только стандартную порцию - квант энергии, величина которой зависит от частоты п и равна
Е = hv,
где h постоянная величина (постоянная Планка, равная h=6,626 10*34Втс2). На основе этой гипотезы Планку удалось вывести искомую функцию распределения энергии: по достижении максимума кривая распределения загибается вниз, принимая колоколообразную форму, точно совпадающую с экспериментальной кривой.
В 1905 г. Эйнштейн опубликовал три свои знаменитые работы; одна из них относилась к внешнему фотоэлектрическому эффекту - явлению, которое ему удалось убедительно объяснить на основе гипотезы квантов. По его гипотезе свет распространяется квантами (фотонами), и если фотон точно попадет на конкретный атом и энергия фотона превышает определенный порог, то атом испускает электрон.
Так была подтверждена гипотеза квантов, давшая начало новому направлению в физике - квантовой механике.
4.1.6. Оптика движущихся тел
Оптика движущихся тел также выродилась в самостоятельную область физики. Первым наблюденным явлением в этой области, отмеченным в 1725 г. английским астрономом Джеймсом Брадлеем (1693-1762), было явление аберрации «неподвижных звезд» , т.е. обнаружение небольшого различия их угловых положений, связанного с движением Земли относительно направления светового луча. Брадлей правильно понял это явление, связав его с конечностью скорости распространения света, в результате чего ему удалось определить последнюю. К этой же области относятся и другие явления. Френель первым заинтересовался увлечением света движущимися телами и показал, что световой эфир участвует в движении со скоростью, которая меньше скорости движущихся тел. Затем Физо экспериментально продемонстрировал такое частичное увлечение света в опыте с текущей водой. Христиан Доплер (1803-1853) исследовал эффекты, связанные с движением источника света или наблюдателя, и сформулировал хорошо известный принцип, названный его именем.
До той поры пока теория упругого светового эфира считалась верной, а область исследований и точность измерений были невелики, идея Френеля о частичном увлечении света была способна объяснить все наблюдаемые явления. Электромагнитная же теория света встретилась здесь с трудностями фундаментального характера. Герц первым попытался обобщить уравнения Максвелла на случай движущихся тел. Однако его формулы противоречили некоторым магнитным и оптическим измерениям.
Огромную роль сыграла теория нидерландского физика Гендрика Антона Лоренца (1853-1928), который предположил, что абсолютно неподвижный в пространстве эфир является носителем электромагнитного поля. Лоренц вывел
свойства материальных тел из взаимодействия электрических частиц - электронов. Он показал, что френелевский коэффициент увлечения света можно получить из его теории и все известные в то время (1895) явления можно объяснить на основе его гипотезы. Но вскоре возникла новая трудность: в опытах американского исследователя Альберта Майкельсона 1881-1887 гг. не удалось обнаружить эфирный ветер, наличие которого следовало из теории «неподвижного эфира». На этой основе Альбертом Эйнштейном (1879-1955) была разработана Специальная теория относительности, вообще исключившая эфир из естествознания. Эта теория основана на критике старых представлений о времени и пространстве и приводит к отказу от евклидовой геометрии и обычного понятия одновременности. Сегодня Специальная теория относительности наряду с квантовой механикой является основой современной теоретической физики и теоретического естествознания. Ее рассмотрение выходит за рамки настоящей главы.
Несмотря на успехи электромагнитной теории света, в конце XIX в. выяснилось, что она явно недостаточна для описания процессов поглощения и испускания света.
Особенно отчетливо это выявилось при анализе распределения энергии по длинам волн теплового излучения. Утверждение М.Планка, высказанное в 1900
г., о том, что атомы и молекулы отдают энергию не непрерывно, а порциями, квантами, не только разрешило возникшие противоречия, но и положило начало новому направлению в физике - квантовой механике. Эйнштейн в 1905 г. приписал квантам света - фотонам - кроме энергии еще импульс и массу. Фотонные представления позволили Эйнштейну объяснить основные законы фотоэффекта, впервые исследованные А.Г.Столетовым в 1888-1890 гг. и дать трактовку химических превращений, а также ряда других фотоэффектов, особенно связанными с взаимодействием света с веществом.
В современной теоретической оптике квантовые представления сочетаются с волновыми в квантовой механике и квантовой электродинамике. На основе этих представлений были изобретены квантовые генераторы - мазер, излучающий электромагнитное излучение в сантиметровом диапазоне, и лазер - излучатель интенсивного направленного света, нашедшие широкое практическое применение.
Появление квантовых генераторов на твердых, жидких, газообразных и плазменных средах стимулировало развитие таких традиционных областей, как спектроскопия, люминесценция, фотохимия, позволило реализовать идеи голографиии, внедрить методы и достижения оптики во многие прикладные области, например, медицину, связь, обработку материалов и т.п.
Таким образом, оптика по-прежнему находится на переднем крае знаний.
В современной оптике различают три раздела - геометрическую, физическую и физиологическую оптику. Последняя смыкается с биофизикой и психологией и исследует зрительные анализаторы и механизмы зрения.
