Единство
корпускулярных и волновых
свойств электромагнитного
излучения
Рассмотренные
в данном разделе явления —
излучение чёрного тела, фотоэффекта,
эффект Комптона — служат доказательством
квантовых (корпускулярных) представлений
о свете как о потоке фотонов.
С другой стороны, такие явления,
как интерференция, дифракция и
поляризация света, убедительно
подтверждают волновую (электромагнитную)
природу света. Наконец, давление и
преломление света объясняются
как волновой, так и квантовой
теориями. Таким образом, электромагнитное
излучение обнаруживает удивительное
единство, казалось бы, взаимоисключающих
свойств — непрерывных (волны) и
дискретных (фотоны), которые взаимно
дополняют друг друга.
Более детальное
рассмотрение оптических явлений приводит
к выводу, что свойства непрерывности,
характерные для электромагнитного
поля световой волны, не следует противопоставлять
свойствам дискретности, характерным
для фотона. Свет, обладая одновременно
корпускулярными и волновыми
свойствами, обнаруживает определённые
закономерности в их проявлении. Так,
волновые свойства света проявляются
в закономерностях его распространения,
интерференции, дифракции, поляризации,
а корпускулярные — в процессах
взаимодействия света с веществом.
Чем больше длина волны, тем меньше
энергия и импульс фотона, и
тем труднее обнаруживаются квантовые
свойства света (с этим связано, например,
существование красной границы
фотоэффекта). Наоборот, чем меньше
длина волны, тем больше энергия
и импульс фотона, и тем труднее
обнаруживается волновые свойства (например,
волновые свойства (дифракция) рентгеновского
излучения обнаружены лишь после
применения в качестве дифракционной
решётки кристаллов).
Взаимосвязь
между двойственными корпускулярно-волновыми
свойствами света можно объяснить,
если использовать, как это делает
квантовая оптика, статистический подход
к рассмотрению закономерностей
рассмотрения света. Например, дифракция
света на щели состоит в том, что
при прохождении света через
щель происходит перераспределение
фотонов в пространстве. Так как
вероятность попадания фотонов
в различные точки экрана неодинакова,
то и возникает дифракционная
картина. Освещённость экрана пропорциональна
вероятности попадания фотонов
на единицу площади экрана. С другой
стороны, по волновой теории, освещённость
пропорциональна квадрату амплитуды
световой волны той же точке экрана.
Следовательно, квадрат
амплитуды световой
волны в данной точке
пространства является
мерой вероятности попадания
фотонов в данную точку.