Элементарный акт - поглощение
Cтраница 2
Физический смысл закона Стокса-Ломмеля глубоко отличен от смысла первоначального правила Стокса. Прежняя формулировка относилась к элементарному акту поглощения и утверждала, что за счет поглощения лучей с большей длиной волны не может возникать излучение с меньшей длиной волны; вторая же формулировка ничего не говорит об элементарном процессе и исключает из рассмотрения частоту света, применяемого в данном опыте для возбуждения; последняя не играет роли, так как на основании закона постоянства спектров излучения при любом возбуждении возникает один и тот же спектр. Закон Стокса-Ломмеля указывает на свойства системы молекул и имеет статистический характер: максимум поглощения системы молекул сдвинут по отношению к максимуму их излучения в сторону коротких волн. [16]
Корпускулярные свойства света влекут за собой еще одно важное следствие: необходимость существования флуктуации в слабых световых потоках. При обычных интенсивностях число этих элементарных актов поглощения настолько велико, что мы не замечаем никакой дискретности в излучении. Представим себе, однако, что поток настолько слаб, что число фотонов, попадающих в приемник в единицу времени, измеряется единицами или десятками; если, кроме того, приемник настолько чувствителен, что он реагирует на попадание малого числа фотонов, то неизбежно должны сказаться флуктуации этого числа. [17]
В основе фотоэффекта ( как внешнего, так и внутреннего) лежит элементарный акт поглощения фотона электроном, в результате чего энергия электрона увеличивается. Правда, этот акт не исчерпывает процесса фотоэффекта. Рассматриваемый процесс включает в себя также поведение электрона после того, как произошло поглощение фотона. Поглощение фотона свободным электроном запрещено законами сохранения энергии и импульса. [18]
Вероятность такого перехода пропорциональна квадрату матричного элемента Яг0, фигурировавшего ранее при рассмотрении прямых переходов [ формула ( 34) ] Требование сохранения импульса является строгим, однако, поскольку время жизни промежуточного состояния весьма мало, закон сохранения энергии становится менее жестким, так что изменение энергии на этом этапе ( A. Гей-зенберга Однако в процессе поглощения в целом энергия должна сохраняться, что приводит к тому, что во втором переходе энергия также не сохраняется На втором этапе соотношение между энергией Ер и волновым вектором qp фонона, участвующего в элементарном акте поглощения, определяется соответствующей кривой дисперсии спектра колебаний решетки. [19]
 |
Схема опыта Столетова. [20] |
В теории фотоэлектронной эмиссии можно попытаться исходить из того же упрощенного представления о металле, которое было положено в основу теории термоэлектронной эмиссии, рассматривая металл как потенциальный ящик с высотой стенок Wa, содержащий электроны, подчиняющиеся статистике Ферми. Первой задачей теории является вычисление вероятности элементарного акта поглощения фотона электроном, которая должна зависеть от частоты света, его интенсивности и поляризации, а также от энергии электрона. [21]
Рассмотрим, какой формы спектральной характеристики следует ожидать для металлов. Если Г0 К, то характеристика начинается при v v0, т.е. тогда, когда энергия фотона как раз достаточна для того, чтобы вырвать электрон с верхнего уровня Wf. Однако в предшествовавшем рассуждении не была принята во внимание зависимость вероятности элементарного акта поглощения фотона от частоты. Если для эмиттера в некоторой части спектра наблюдается максимум спектральной характеристики, то говорят, что эмиттер обладает селективной ( избирательной) фотоэлектронной эмиссией, а сами максимумы характеристик называют селективными максимумами. Из сказанного следует, что есть основание ожидать селективной фотоэмиссии для всех металлов. [22]
Соотношения ( I) и ( 2) в случае дипольного поглощения применимы к любой конденсированной среде, в том числе и к молекулярным кристаллам, где в первом приближении можно полагать, что элементарный акт поглощения кванта электромагнитного излучения осуществляется отдельной молекулой. [23]
Такие флуктуации были обнаружены прежде всего с очень коротковолновым излучением, именно с рентгеновскими и у-лу-чами радиоактивных веществ. В этом случае, как уже неоднократно указывалось, вследствие высокой частоты излучения, фотоны очень велики. При поглощении их атомами или молекулами происходит ионизация и освобождаются быстрые электроны, которые в свою очередь вызывают ионизацию в большом числе других молекул ионизационной камеры или счетчика. Таким путем первичный эффект элементарного акта поглощения значительно усиливается, и наблюдение слабого потока облегчается. Рассмотренный в § 121 опыт Боте с двумя счетчиками, регистрирующими направленные в противоположные стороны фотоны слабого рентгеновского излучения железной фольги, в сущности относится к числу флуктуационных опытов. [24]
Однако общность взглядов ограничивается введением атома действия Планка h во все рассуждения. В то время как одни ( Планк, Зоммерфельд) относят появление величины h целиком за счет внутриатомного механизма, другие ( Штарк, Д. Д. Том-сон, Ленард) склонны отнести атомность к структуре света. Самое положение о постоянстве h есть пока чисто формальный постулат; его конкретное содержание остается еще совершенно невыясненным для его авторов. Причиной такого положения дела является, по-видимому, то обстоятельство, что постулат Планка есть утверждение, относящееся к элементарному акту поглощения, испускания, а может быть, и распространения света; все же данные физического опыта относились только к суммарным явлениям и средним величинам, которые скрывают характерные черты явления. Путь, которым пришел Планк к своему постулату ( через черное излучение), казалось бы, наименее пригоден для вскрытия свойств элементарного явления. Тем бояее поразительно, что он привел к результатам, применимым и к теории освобождения электронов светом. [25]
Однако общность взглядов ограничивается введением атома действия Планка h во все рассуждения. В то время как одни ( Планк, Зоммерфельд) относят появление величины h целиком за счет внутриатомного механизма, другие ( Штарк, Д. Д. Том-сон, Ленард) склонны отнести атомность к структуре света. Самое положение о постоянстве h есть пока чисто формальный постулат; его конкретное содержание остается еще совершенно невыясненным для его авторов. Причиной такого положения дела является, по-видимому, то обстоятельство, что постулат Планка есть утверждение, относящееся к элементарному акту поглощения, испускания, а может быть, и распространения света; все же данные физического опыта относились только к суммарным явлениям и средним величинам, которые скрывают характерные черты явления. Путь, которым пришел Планк [ к своему постулату ( через черное излучение), казалось бы, наименее пригоден для вскрытия свойств элементарного явления. Тем более поразительно, что он привел к результатам, применимым и к теории освобождения электронов светом. [26]
Так или иначе ясно, что под воздействием светового излучения часть атомов первого газа переходит в возбужденное состояние. Возбуждение под влиянием монохроматического света означает приобретение атомом строго определенного энергетического кванта ftvio - Поэтому мы совершенно точно знаем энергию возбужденного атома. Но из соотношения Гейзенберга Д. Д. - А следует, что конкретный момент поглощения кванта должен при этом быть абсолютно неопределенным. В этом действительно нетрудно убедиться, заметив, что необходимое условие любого эксперимента, ставящего цель определить этот момент времени, заключается - в том, чтобы как-то пометитьэ его на падающей волне, например сделать на ней обрыв. Но это значит нарушить монохроматический характер волны, что противо-речит первоначальным предположениям. Строгий анализ ситуации показывает, что если падающий свет монохроматичен, то момент времени, в который происходит элементарный акт поглощения энергии, в самом деле полностью ускользает от наблюдения. [27]
Страницы: 1 2