ИЗ ИСТОРИИ ФОТОЭФФЕКТА

1.4

В 1905 году А. Эйнштейн опубликовал известную статью по теории возникновения и превращения света, в которой рассматривал механизм фотоэффекта с новых «квантовых» позиций]. Квантовая теория А. Эйнштейна была подготовлена стремительным развитием физики на рубеже XIX—XX столетий. Произошли такие важные события, как открытие рентгеновских лучей, радиоактивности, вторичной электронной эмиссии, сложилось более или менее устойчивое представление об электроне как носителе отрицательного электрического заряда.

В условиях новых научных представлений теория электромагнитного излучения Максвелла—Герца уже не обладала универсальностью. Она была не в состоянии, в частности, объяснить механизм превращения света и электричества в таких явлениях,

Схема опытов А. Г. Столетова по исследованию внешнего фотоэффекта
В рамке — рисунок ученого

как катодолюминесценция (о ней речь впереди) и фотоэффект, играющих важную роль в телевидении.

Рассуждая об этом, Эйнштейн пришел к выводу, что упомянутые явления лучше объясняются корпускулярной теорией света, выдвинутой еще в 1672 году И. Ньютоном, после внесения в нее некоторых существенных изменений. В частности, он ввел понятие об энергии светового пучка, которая складывается из конечного числа локализованных в пространстве неделимых квантов энергии, поглощаемых или возникающих только целиком. Такая точка зрения позволяла объяснить механизм фотоэффекта как передачу энергии кванта света электрону.

Гипотеза квантов была выдвинута в 1901 году М. Планком, который относил ее только к законам теплового излучения «черного тела». Сам Планк считал главной своей задачей «... возможно теснее связать квантовую гипотезу с классической динамикой, нарушая границы последней только тогда, когда опытные факты не дают никакого другого выхода», и скептически относился к тем, кто считал необходимым распространить его теорию на все виды лучистой энергии. Его скептицизм, безусловно, в первую очередь относился к Эйнштейну, который смотрел на квантовую гипотезу Планка значительно шире, чем ее создатель.

Работа Эйнштейна позволила обосновать замеченную закономерность фотоэффекта, которая раньше не находила объяснения.
Как известно, фотоэлектрический эффект подчиняется двум основным законам:

1. Фототок пропорционален количеству падающей лучистой энергии (закон Столетова).
2. Максимальная энергия фотоэлектронов пропорциональна частоте падающего света и не зависит от его интенсивности (закон Эйнштейна).

Закон Столетова теоретически можно было вывести как из классических, так и из квантовых представлений на природу света: увеличение амплитуды световых волн (или числа квантов) должно привести к увеличению фототока (количества электронов). Что же касается закона Эйнштейна, то он находит объяснение только из квантовой теории. Эйнштейн предположил, что электрон, взаимодействуя с квантом света, энергия которого, согласно Планку, зависит от частоты излучения, поглощает ее и, получив, таким образом, дополнительную кинетическую энергию, может, преодолев потенциальный барьер, выйти в окружающее пространство. Квантовая теория сначала была встречена с недоверием, а ее создатель был удостоен Нобелевской премии лишь в 1921 году, после того, как теория прошла всестороннюю опытную проверку.