ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

1. Джерела електромагнітного випромінювання.
2. Теорія Максвелла, ефір і електромагнітне взаємодія.
3. Випромінювання і поширення електромагнітних хвиль.
4. Прийом електромагнітних хвиль і явище розсіювання.
5. Віддзеркалення і заломлення електромагнітних хвиль.
6. Енергія і імпульс випромінювання.
7. Фотони і квантова теорія.

РАДІОХВИЛІ, електромагнітні хвилі, порушувані різними випромінюють об'єктами, - зарядженими частинками, атомами, молекулами, антенами та ін. Залежно від довжини хвилі розрізняють гамма-випромінювання, рентгенівське, ультрафіолетове випромінювання, видиме світло, інфрачервоне випромінювання, радіохвилі і низькочастотні електромагнітні коливання.

Може здатися дивним, що зовні такі різні фізичні явища мають загальну основу. Справді, що спільного між шматочком радіоактивної речовини, рентгенівською трубкою, ртутної газорозрядної лампою, лампочкою ліхтарика, теплою грубкою, радіомовної станцією і генератором змінного струму, підключеним до лінії електропередачі? Як, втім, і між фотоплівкою, оком, термопарою, телевізійною антеною і радіоприймачем. Проте, перший список складається з джерел, а другий - з приймачів електромагнітного випромінювання. Впливу різних видів випромінювання на організм людини теж різні: гамма і рентгенівське випромінювання пронизують його, викликаючи пошкодження тканин, видиме світло викликає зорове відчуття в оці, інфрачервоне випромінювання, падаючи на тіло людини, нагріває його, а радіохвилі і електромагнітні коливання низьких частот людським організмом і зовсім не відчуваються. Незважаючи на ці явні відмінності, всі названі види випромінювань - по суті різні боки одного явища.

Взаємодія між джерелом і приймачем формально полягає в тому, що при кожній зміні в джерелі, наприклад при його включенні, спостерігається певна зміна в приймальнику. Ця зміна відбувається не відразу, а через деякий час, і кількісно узгоджується з уявленням про те, що щось переміщується від джерела до приймача з дуже великою швидкістю. Складна математична теорія і величезна кількість різноманітних експериментальних даних показують, що електромагнітне взаємодія між джерелом і приймачем, розділеними вакуумом або розрідженим газом, може бути представлено у вигляді хвиль, що поширюються від джерела до приймача зі швидкістю світла с.

Швидкість поширення у вільному просторі однакова для всіх типів електромагнітних хвиль від гамма-променів до хвиль низькочастотного діапазону. Але число коливань в одиницю часу (тобто частота f) змінюється в дуже широких межах: від декількох коливань в секунду для електромагнітних хвиль низькочастотного діапазону до 1020 коливань в секунду в разі рентгенівського і гамма-випромінювань. Оскільки довжина хвилі (тобто відстань між сусідніми горбами хвилі; рис. 1) дається виразом l = с / f, вона теж змінюється в широких межах - від декількох тисяч кілометрів для низькочастотних коливань до 10-14 м для рентгенівського і гамма- випромінювань. Саме тому взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною настільки по-різному в різних частинах їх спектра. І все ж всі ці хвилі споріднені між собою, як споріднені водяна брижі, хвилі на поверхні ставка і штормові океанські хвилі, теж по-різному впливають на об'єкти, що зустрічаються на їхньому шляху. Електромагнітні хвилі істотно відрізняються від хвиль на воді і від звуку тим, що їх можна передати від джерела до приймача через вакуум або міжзоряний простір. Наприклад, рентгенівські промені, що виникають у вакуумній трубці, впливають на фотоплівку, розташовану далеко від неї, тоді як звук дзвіночка, що знаходиться під ковпаком, почути неможливо, якщо відкачати повітря з-під ковпака. Око сприймає йдуть від Сонця промені видимого світла, а розташована на Землі антена - радіосигнали віддаленого на мільйони кілометрів космічного апарату. Таким чином, ніякої матеріальної середовища, на зразок води або повітря, для поширення електромагнітних хвиль не потрібно.

Джерела електромагнітного випромінювання.

Незважаючи на фізичні відмінності, у всіх джерелах електромагнітного випромінювання, будь то радіоактивну речовину, лампа розжарювання або телевізійний передавач, це випромінювання збуджується рухаються з прискоренням електричними зарядами. Розрізняють два основних типи джерел. У «мікроскопічних» джерелах заряджені частинки стрибками переходять з одного енергетичного рівня на інший усередині атомів або молекул. Випромінювачі такого типу випускають гамма, рентгенівське, ультрафіолетове, видиме і інфрачервоне, а в деяких випадках і ще більш довгохвильове випромінювання (прикладом останнього може служити лінія в спектрі водню, відповідна довжині хвилі 21 см, яка відіграє важливу роль в радіоастрономії). Джерела другого типу можна назвати макроскопическими. У них вільні електрони провідників здійснюють синхронні періодичні коливання. Електрична система може мати найрізноманітніші конфігурації і розміри. Системи такого типу генерують випромінювання в діапазоні від міліметрових до найдовших хвиль (в лініях електропередачі).

Гамма-промені випускаються мимовільно при розпаді ядер атомів радіоактивних речовин, наприклад радію. При цьому відбуваються складні процеси зміни структури ядра, пов'язані з рухом зарядів. Генеруюча частота f визначається різницею енергій E1 і E2 двох станів ядра: f = (E 1 - E 2) / h, де h - постійна Планка. Див. Також ПЛАНКА ПОСТІЙНА.

Рентгенівське випромінювання виникає при бомбардуванні в вакуумі поверхні металевого анода (антикатода) електронами, що володіють великими швидкостями. Швидко вповільнюючись в матеріалі анода, ці електрони випускають так зване гальмівне випромінювання, що має безперервний спектр, а що відбувається в результаті електронного бомбардування перебудова внутрішньої структури атомів анода, в результаті якої атомні електрони переходять в стан з меншою енергією, супроводжується випусканням так званого характеристичного випромінювання, частоти якого визначаються матеріалом анода.

Такі ж електронні переходи в атомі дають ультрафіолетове і видиме світлове випромінювання. Що ж стосується інфрачервоного випромінювання, то воно зазвичай є результатом змін, мало зачіпають електронну структуру і пов'язаних переважно зі змінами амплітуди коливань і обертального моменту імпульсу молекули.

В генераторах електричних коливань є «коливальний контур» того чи іншого типу, в якому електрони здійснюють вимушені коливання з частотою, що залежить від його конструкції і розмірів. Найбільш високі частоти, відповідні міліметровим і сантиметровим хвилях, генеруються Клістрони і магнетронами - електровакуумними приладами з металевими об'ємними резонаторами, коливання в яких порушуються струмами електронів. В генераторах більш низьких частот коливальний контур складається з котушки індуктивності (індуктивність L) і конденсатора (ємність C) і збуджується лампової або транзисторної схемою. Власна частота такого контуру, яка при малому загасанні близька до резонансної, дається виразом .

Змінні поля дуже низьких частот, що використовуються для передачі електричної енергії, створюються електромашинними генераторами струму, в яких ротори, що несуть дротові обмотки, обертаються між полюсами магнітів.

Теорія Максвелла, ефір і електромагнітне взаємодія.

Коли океанський лайнер в тиху погоду проходить на деякій відстані від рибальського човна, то через якийсь час човен починає сильно розгойдуватися на хвилях. Причина цього всім зрозуміла: від носа лайнера по поверхні води біжить хвиля у вигляді послідовності горбів і западин, яка і досягає рибальського човна.

Коли за допомогою спеціального генератора в встановленої на штучному супутнику Землі і спрямованої на Землю антени збуджуються коливання електричного заряду, у приймальні антени на Землі (також через деякий час) збуджується електричний струм. Як же передається взаємодія від джерела до приймача, якщо між ними відсутня матеріальне середовище? І якщо сигнал, що надходить на приймач, можна представити у вигляді деякої падаючої хвилі, то що це за хвиля, яка здатна поширюватися в вакуумі, і як можуть виникати горби і западини там, де нічого немає?

Над цими питаннями в застосуванні до видимого світла, що поширюється від Сонця до ока спостерігача, вчені замислювалися вже давно. Протягом більшої частини 19 ст. такі фізики, як О.Френель , І.Фраунгофер , Ф.Неймана, намагалися знайти відповідь в тому, що простір насправді не порожньо, а заповнене якоїсь середовищем ( «світлоносні ефіром»), наділеною властивостями пружного твердого тіла. Хоча така гіпотеза і допомогла пояснити деякі явища в вакуумі, вона привела до непереборним труднощам в завданню про проходження світла через кордон двох середовищ, наприклад повітря і скла. Це спонукало ірландського фізика Дж.Мак-Куллага відкинути ідею пружного ефіру. У 1839 він запропонував нову теорію, в якій постулював існування середовища, за своїми властивостями відмінною від усіх відомих матеріалів. Таке середовище не робить опору стисненню і зрушенню, але чинить опір обертанню. Через ці дивних властивостей модель ефіру Мак-Куллага спочатку на викликала особливого інтересу. Однак в 1847 Кельвін продемонстрував наявність аналогії між електричними явищами і механічною пружністю. Виходячи з цього, а також з уявлень М. Фарадея про силових лініях електричного і магнітного полів, Дж.Максвелла запропонував теорію електричних явищ, яка, за його словами, «заперечує дію на відстані і приписує електричне дію напруженням і тискам в якійсь всепроникною середовищі, причому ці напруги такі ж, з якими мають справу інженери, а середовище і є саме те середовище, в якій , як припускають, поширюється світло ». У 1864 Максвелл сформулював систему рівнянь, що охоплює всі електромагнітні явища. Примітно, що його теорія багато в чому нагадувала теорію, запропоновану за чверть століття до цього Мак-Куллагом. Рівняння Максвелла були настільки всеохоплюючими, що з них виводилися закони Кулона , Ампера , Електромагнітної індукції і випливав висновок про збіг швидкості поширення електромагнітних явищ зі швидкістю світла.

Після того як рівнянь Максвелла була надана більш проста форма (заслуга в основному О.Хевісайда і Г.Герца ), Польові рівняння стали ядром електромагнітної теорії. Хоча ці рівняння самі по собі і не вимагали максвеллівською інтерпретації на основі уявлень про напруги і тиску в ефірі, така інтерпретація повсюдно була прийнята. Безсумнівний успіх рівнянь в прогнозі і поясненні різних електромагнітних явищ був сприйнятий як підтвердження справедливості не тільки рівнянь, а й механістичної моделі, на основі якої вони були виведені і витлумачені, хоча ця модель була зовсім не суттєва для математичної теорії. Фарадеевского силові лінії поля і трубки струму поряд з деформаціями і зсувами стали суттєвими атрибутами ефіру. Енергія розглядалася як запасені в напруженій середовищі, а її потік Г.Пойнтінг в 1884 представив вектором, що носять тепер його ім'я. У 1887 Герц експериментально продемонстрував існування електромагнітних хвиль. У серії блискучих експериментів він виміряв швидкість їх поширення, а також показав, що вони можуть відбиватися, переломлюватися і поляризуватися. У 1896 Г. Марконі отримав патент на радіозв'язок.

У континентальній Європі незалежно від Максвелла розвивалася теорія дальнодействия - зовсім інший підхід до проблеми електромагнітної взаємодії. Максвелл писав з цього приводу: «Відповідно до теорії електрики, яка робить великі успіхи в Німеччині, дві заряджені частинки безпосередньо діють один на одного на відстані з силою, яка, за Вебером, залежить від їх відносної швидкості і діє, відповідно до теорії, заснованої на ідеях Гаусса і розвиненою Ріманом, Лоренцом і Нейманом, не миттєво, а через деякий час, залежне від відстані. Гідно оцінити міць цієї теорії, яка настільки видатним людям пояснює будь-який вид електричних явищ, можна, лише вивчивши її ». Теорію, про яку говорив Максвелл, найбільш повно розвинув датський фізик Л.Лоренц за допомогою скалярного і векторного потенціалів, що запізнюються, майже таких же, як і в сучасній теорії. Максвелл відкидав ідею запізнілого дії на відстані, будь то потенціали або сили. «Ці фізичні гіпотези зовсім далекі моїм уявленням про природу речей», - писав він. Проте, теорія Рімана і Лоренца в математичному відношенні була ідентична його теорії, і в кінці кінців він погодився, що на користь теорії дальнодействия свідчать більш переконливі докази. У своєму Трактаті про електрику і магнетизм (Treatise on Electricity and Magnetism, 1873) він писав: «Не слід випускати з уваги, що ми зробили всього лише один крок в теорії дії середовища. Ми висловили припущення, що вона знаходиться в стані напруги, але абсолютно не пояснили, що це за напругу і як воно підтримується ».

У 1895 голландський фізик Х.Лоренц об'єднав ранні обмежені теорії взаємодії між нерухомими зарядами і струмами, які передбачали теорію потенціалів, що запізнюються Л.Лоренца і були створені в основному Вебером, із загальною теорією Максвелла. Х.Лоренц розглядав матерію як містить електричні заряди, які, різними способами взаємодіючи між собою, виробляють всі відомі електромагнітні явища. Замість того щоб прийняти концепцію запізнілого дії на відстані, описуваного запізнілими потенціалами Рімана і Л.Лоренца, він виходив з припущення, що рух зарядів створює електромагнітне поле, здатне поширюватися крізь ефір і переносити імпульс і енергію від однієї системи зарядів до іншого. Але чи потрібно для поширення електромагнітного поля у вигляді електромагнітної хвилі існування такого середовища, як ефір? Численні експерименти, покликані підтвердити існування ефіру, в тому числі і експеримент по «захопленню ефіру», дали негативний результат. Більш того, гіпотеза про існування ефіру виявилася в протиріччі з теорією відносності і з положенням про сталість швидкості світла. Висновок можна проілюструвати словами А. Ейнштейна: «Якщо ефіру не властиво ніяке конкретне стан руху, то навряд чи має сенс вводити його як певну сутність особливого роду поряд з простором».

Випромінювання і поширення електромагнітних хвиль.

Рухомі з прискоренням електричні заряди і періодично змінюються струми впливають один на одного з деякими силами. Величина і напрям цих сил залежать від таких факторів, як конфігурація і розміри області, що містить заряди і струми, величина і відносне напрямок струмів, електричні властивості цього середовища і зміни в концентрації зарядів і розподілі струмів джерела. Через складність загальної постановки завдання закон сил не можна представити у вигляді однієї формули. Структура, що іменується електромагнітним полем, яку при бажанні можна розглядати як чисто математичний об'єкт, визначається розподілом струмів і зарядів, створюваним заданим джерелом з урахуванням граничних умов, визначених формою області взаємодії і властивостями матеріалу. Коли мова йде про необмеженому просторі, ці умови доповнюються особливим граничним умовою - умовою випромінювання. Останнє гарантує «правильна» поведінка поля на нескінченності.

Електромагнітне поле характеризується вектором напруженості електричного поля E і вектором магнітної індукції B, кожен з яких в будь-якій точці простору має певну величину і напрямок. На рис. 2 схематично зображено електромагнітна хвиля з векторами E і B, що розповсюджується в позитивному напрямку осі х. Електричне і магнітне поля тісно взаємопов'язані: вони являють собою компоненти єдиного електромагнітного поля, оскільки переходять один в одного при перетвореннях Лоренца. Кажуть, що векторне поле лінійно (плоско) поляризоване, якщо напрямок вектора залишається всюди фіксованим, а його довжина періодично змінюється. Якщо вектор обертається, але довжина його не змінюється, то кажуть, що поле має кругову поляризацію; якщо ж довжина вектора періодично змінюється, а сам він обертається, то поле називається еліптично поляризованим.

Співвідношення между електромагнітнім полем и хітаються Струм и зарядами, что підтрімують це поле, можна проілюструваті на відносно простому, но дуже наочно прікладі антени типу півхвільового симетричного вібратора (рис. 3). Якщо тонкий дріт, довжина якої становить половину довжини хвилі випромінювання, розрізати посередині і до розрізу підключити високочастотний генератор, то прикладена змінна напруга буде підтримувати приблизно синусоидальное розподіл струму в вібраторі. У момент часу t = 0, коли амплітуда струму досягає максимального значення, а вектор швидкості позитивних зарядів спрямований вгору (негативних - вниз), в будь-якій точці антени заряд, що припадає на одиницю її довжини, дорівнює нулю. Після першої чверті періоду (t = T / 4) позитивні заряди будуть зосереджені на верхній половині антени, а негативні - на нижній. При цьому струм дорівнює нулю (рис. 3, б). У момент t = T / 2 заряд, що припадає на одиницю довжини, дорівнює нулю, а вектор швидкості позитивних зарядів спрямований вниз (рис. 3, в). Потім до кінця третьої чверті заряди перерозподіляються (рис. 3, г), а по її завершенні закінчується повний період коливань (t = T) і все знову виглядає так, як на рис. 3, а.

Щоб сигнал (наприклад, міняється в часі струм, що приводить в дію гучномовець радіоприймача) можна було передати на відстань, випромінювання передавача потрібно промодулірованной шляхом, наприклад, зміни амплітуди струму в передавальної антени відповідно до сигналом, що спричинить за собою модуляцію амплітуди коливань електромагнітного поля (рис. 4).

Передавальна антена є тією частиною передавача, де електричні заряди і струми здійснюють коливання, випромінюючи в навколишній простір електромагнітне поле. Антена може мати найрізноманітніші конфігурації, в залежності від того, яку форму електромагнітного поля необхідно отримати. Вона може бути одиночним симетричним вібратором або ж системою симетричних вібраторів, розташованих на певній відстані один від одного і забезпечують необхідне співвідношення між амплітудами і фазами струмів. Антена може являти собою симетричний вібратор, розташований перед порівняно великою плоскою або зігнутою металевою поверхнею, що грає роль відбивача. В діапазоні сантиметрових і міліметрових хвиль особливо ефективна антена в формі рупора, з'єднаного з металевою трубою-хвилеводом, який грає роль лінії передачі. Токи в короткій антени на вході хвилеводу індукують змінні струми на його внутрішній поверхні. Ці струми і пов'язане з ними електромагнітне поле поширюються по волноводу до рупора. Див. Також АНТЕНА.

Змінюючи конструкцію антени і її геометрію, можна домогтися такого співвідношення амплітуд і фаз коливань струмів в різних її частинах, щоб випромінювання посилювалося в одних напрямках і послаблювалося в інших (антени направленої дії).

На великих відстанях від антени будь-якого типу електромагнітне поле має досить простий вигляд: в будь-якій даній точці вектори напруженості електричного поля Е і індукції магнітного поля В коливаються в фазі у взаємно перпендикулярних площинах, убуваючи назад пропорційно відстані від джерела. При цьому хвильовий фронт має форму збільшується в розмірах сфери, а вектор потоку енергії (вектор Пойнтінга) спрямований назовні по її радіусів. Інтеграл від вектора Пойнтінга по всій сфері дає повну, усереднену за часом, що випромінюється енергію. При цьому хвилі, що поширюються в радіальному напрямку зі швидкістю світла, переносять від джерела не тільки коливання векторів E і B, але також імпульс поля і його енергію.

Прийом електромагнітних хвиль і явище розсіювання.

Якщо в зоні електромагнітного поля, що поширюється від віддаленого джерела, помістити провідний циліндр, то індуковані в ньому струми будуть пропорційні напруженості електромагнітного поля і, крім того, будуть залежати від орієнтації циліндра щодо фронту падаючої хвилі і від напрямку вектора напруженості електричного поля. Якщо циліндр має вигляд дроту, діаметр якої малий у порівнянні з довжиною хвилі, то індукований струм буде максимальним, коли дріт паралельна вектору Е падаючої хвилі. Якщо дріт розрізати посередині і до утворився висновків приєднати навантаження, то до неї буде підводитися енергія, як це і має місце в разі радіоприймача. Токи в цьому дроті поводяться так само, як і змінні струми в передавальної антени, а тому вона теж випромінює поле в навколишній простір (тобто відбувається розсіювання падаючої хвилі).

Віддзеркалення і заломлення електромагнітних хвиль.

Передавальну антену зазвичай встановлюють високо над поверхнею землі. Якщо антена знаходиться в сухому піщаному або скелястій місцевості, то грунт поводиться як ізолятор (діелектрик), і струми, індуковані в ньому антеною, пов'язані з внутріатомними коливаннями, оскільки тут немає вільних носіїв заряду, як в провідниках і іонізованих газах. Ці мікроскопічні коливання створюють над поверхнею землі поле відбитої від земної поверхні електромагнітної хвилі і, крім того, змінюють напрямок поширення хвилі, що входить в грунт. Ця хвиля рухається з меншою швидкістю і під меншим кутом до нормалі, ніж падаюча. Таке явище називається заломленням. Якщо ж хвиля падає на ділянку поверхні землі, що має, поряд з діелектричними, також і провідні властивості, то загальна картина для преломленной хвилі виглядає набагато складніше. Як і раніше, хвиля змінює напрямок руху на кордоні розділу, але тепер поле в грунті поширюється таким чином, що поверхні рівних фаз вже не збігаються з поверхнями рівних амплітуд, як це зазвичай має місце у випадку плоскої хвилі. Крім того, швидко згасає амплітуда хвильових коливань, оскільки електрони провідності при зіткненнях віддають свою енергію атомам. Таким чином енергія хвильових коливань переходить в енергію хаотичного теплового руху і розсіюється. Тому там, де грунт проводить електрику, хвилі не можуть проникнути в нього на велику глибину. Те ж саме відноситься і до морської води, ніж ускладнюється радіозв'язок з підводними човнами.

У верхніх шарах земної атмосфери розташовується шар іонізованого газу, який називається іоносферою. Він складається з вільних електронів і позитивно заряджених іонів. Під дією посилаються з землі електромагнітних хвиль заряджені частинки іоносфери починають коливатися і випромінювати власне електромагнітне поле. Заряджені іоносферні частинки взаємодіють з надісланій хвилею приблизно так само, як і частки діелектрика в розглянутому вище випадку. Однак електрони іоносфери не пов'язані з атомами, як в діелектрику. Вони реагують на електричне поле надісланій хвилі не миттєво, а з деяким зрушенням по фазі. В результаті хвиля в іоносфері поширюється не під меншим, як в діелектрику, а під більшим кутом до нормалі, ніж послана з землі падаюча хвиля, причому фазова швидкість хвилі в іоносфері виявляється більше швидкості світла c. Коли хвиля падає під деяким критичним кутом, кут між заломленим променем і нормаллю стає близький до прямого, а при подальшому збільшенні кута падіння випромінювання відбивається в сторону Землі. Очевидно, що в цьому випадку електрони іоносфери створюють поле, яким компенсується поле преломленной хвилі в вертикальному напрямку, а іоносфера діє як дзеркало.

Енергія і імпульс випромінювання.

У сучасній фізиці вибір між теорією електромагнітного поля Максвелла і теорією запізнілого дальнодействия робиться на користь теорії Максвелла. До тих пір, поки нас цікавить тільки взаємодія джерела і приймача, обидві теорії однаково хороші. Однак теорія дальнодействия не дає ніякої відповіді на питання, де знаходиться енергія, яку вже випромінюючи джерело, але ще не прийняв спадкоємець. Відповідно до теорії Максвелла, джерело передає енергію електромагнітної хвилі, в якій вона і знаходиться, поки не буде передана поглинути хвилю приймача. При цьому на кожному етапі дотримується закон збереження енергії.

Таким чином, електромагнітні хвилі мають енергію (а також імпульсом), що змушує вважати їх настільки ж реальними, як, наприклад, атоми. Електрони і протони, що знаходяться на Сонце, передають енергію електромагнітного випромінювання, в основному в інфрачервоній, видимій і ультрафіолетовій областях спектру; приблизно через 500 с, досягнувши Землі, воно цю енергію віддає: підвищується температура, в зеленому листі рослин відбувається фотосинтез, і т.д. У 1901 П. М. Лебедєв експериментально виміряв тиск світла, підтвердивши, що світло має не тільки енергію, але й імпульс (причому співвідношення між ними узгоджується з теорією Максвелла).

Фотони і квантова теорія.

На рубежі 19 і 20 ст., Коли здавалося, що вичерпна теорія електромагнітного випромінювання, нарешті, побудована, природа піднесла черговий сюрприз: виявилося, що крім хвильових властивостей, описуваних теорією Максвелла, випромінювання проявляє також властивості частинок, причому тим сильніше, чим коротше довжина хвилі. Особливо яскраво ці властивості проявляються в явищі фотоефекту (вибивання електронів з поверхні металу під дією світла), відкритого в 1887 Г.Герцем. Виявилося, що енергія кожного вибитого електрона залежить від частоти n падаючого світла, але не від його інтенсивності. Це свідчить про те, що енергія, пов'язана зі світловою хвилею, передається дискретними порціями - квантами. Якщо збільшувати інтенсивність падаючого світла, то зростає число вибитих в одиницю часу електронів, але не енергія кожного з них. Іншими словами, випромінювання передає енергію певними мінімальними порціями - як би частинками світла, які були названі фотонами. Фотон не має ні маси спокою, ні заряду, але володіє спіном, а також імпульсом, рівним hn / c, і енергією, яка дорівнює hn; він переміщається в вільному просторі з постійною швидкістю c.

Яким же чином електромагнітне випромінювання може мати всі властивості хвиль, які проявляються в інтерференції і дифракції, але вести себе як потік частинок в разі фотоефекту? В даний час найбільш задовільний пояснення цієї подвійності можна знайти в складному формалізмі квантової електродинаміки. Але і ця витончена теорія має свої труднощі, а її математична несуперечність викликає сумніви. Див. Також МОМЕНТИ АТОМІВ І ядер; ЧАСТИНКИ ЕЛЕМЕНТАРНІ; Фотоелектричний ефект; КВАНТОВА МЕХАНІКА; ВЕКТОР.

На щастя, в макроскопічних задачах випромінювання і прийому міліметрових і довших електромагнітних хвиль квантово ефекти зазвичай не мають істотного значення. Число фотонів, випромінюваних, наприклад, симетричною вибраторной антеною, настільки велике, а енергія, що переноситься кожним з них, настільки мала, що можна забути про дискретних кванти і вважати, що випускання випромінювання - безперервний процес.