Владимир Самуилович Кессельман - Физика в инфографике. От гномона до кванта

связи электронов мала по сравнению с энергией, передаваемой ему квантами рентгеновского излучения, и электроны можно считать свободными. При комптоновском рассеянии происходит упругое столкновение фотона со свободным электроном. По образному выражению М. Борна эффект Комптона — это игра в биллиард фотонами
и электронами.
Комптон поставил опыт по pассеянию pентгеновских лучей на гpафите. Рентгеновские
лучи, как свет очень коpоткой длины волны, должны pассеиваться на атомах и отдельных
электpонах. Суть опыта Комптона заключалась в следующем. Узкий напpавленный пучок
монохpоматических pентгеновских лучей подается на небольшой обpазец из гpафита.
Рентгеновские лучи, как известно, обладают хоpошей пpоникающей способностью: они
пpоходят чеpез гpафит, и одновpеменно часть их pассеивается во все стоpоны на атомах
гpафита. Рассеянные лучи улавливались под pазличными углами pассеяния, и с помощью
pентгеновского спектpогpафа измеpялась длина волны pассеянного света. Математически
решить задачу не составляло труда (опять же как в случае задачи о столкновении упру-

205

206

Кессельман В.с.

гих шаров). Энергия рассеянных фотонов, предсказанная фотонной теорией, полностью
совпала с экспериментальными данными. Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом (см. рисунок). В классической электродинамике рассеяние электромагнитной волны на заряде (томсоновское рассеяние) не
сопровождается уменьшением ее частоты.
Опыты Комптона блестяще подтвеpждают фотонную теоpию света: свет можно
pассматpивать как поток коpпускул-фотонов, энеpгия и импульс котоpых опpеделяются
частотой света. Открытие эффекта Комптона еще раз подтвердило двойственную природу излучения — дуализм волна — частица (см. ниже). Рентгеновское излучение сначала ведет себя как волна, затем взаимодействует с электроном как частица (фотон)
и после столкновения вновь подобно волне.
Подведем итог. Казалось, физики смогли обойти все подводные рифы и справиться
с возникшими трудностями. Но действительность оказалась сложнее. Теория Бора, рассмотренная в предыдущей главе, хотя и смогла объяснить удовлетворительным образом
строение атома водорода, оказалась бессильной в случае более сложных атомов. Эта
теория представляла собой странную смесь классических и квантовых представлений.
Примерно с 1920 года в атомной физике начинает утрачиваться представление о строении даже простейшего атома водорода. Считается, что к этому времени старая квантовая теория «...представляла собой... скопление гипотез, принципов, теорем и вычислительных рецептов...», не могла объяснить наблюдаемые в опытах явления, относящиеся
к атомам.
В целом, такое состояние было названо кризисом в физике.
Было обнаружено существенное противоречие между классическим описанием движения электрона в атоме и результатами наблюдений. А это явный признак того, что
теория неверна.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1. Природа глазами древних людей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. Космология средних веков. Система мира Птолемея . . . . . . . 49
3. Астрономические открытия Галилея. Физика колебаний
маятника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4. Свободное падение тел и здравый смысл . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5. Механика Ньютона. Математический инструмент классической
физики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6. Невидимая рука гравитации. Закон всемирного тяготения . . 117
7. Электрические явления в газах: катодные лучи.
Элементарный электрический заряд. Опыты Фарадея . . . . . . 144
8. Факт, не дававший покоям физикам. Спектр излучения
абсолютно черного тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

Владимир Самуилович Кессельман
Физика в инфографике.
От гомона до кванта
Все знания мира в инфографике
Автор инфографики:
Корчагина Д.А.
В оформлении использованы материалы агентства Shutterstock.
Зав. редакцией Ю.В. Данник
Ответственный редактор О.М. Зубкова
Оформление обложки А.М. Якунина
Технический редактор Т.П. Тимошина
Корректор В.Я. Суркова
Компьютерная верстка Ю.Б. Анищенко
Общероссийский классификатор продукции
ОК-005-93, том 2; 953000 – книги и брошюры
Подписано в печать 03.08.2016
Формат 60х84/8. Усл. печ. л. 24,18. Бумага --">