Лоран Сексик - Эйнштейн

Что делать с призрачным эфиром? Если бы эфир существовал, это «материальное тело», согласно законам Ньютона, прилагало бы дополнительные силу и скорость. Благодаря чему эта скорость превысила бы с. А это входит в противоречие с его постулатом, а потому невозможно. Прощай, эфир… А если свет не распространяется в эфире и распространяется с постоянной скоростью, значит, он распространяется в вакууме. В статье «К электродинамике движущихся тел» заложены характеристики скорости света: он постоянен, распространяется в вакууме, обладает самой большой скоростью, которую невозможно превзойти, а ее значение не зависит от источника. Скорость света в вакууме с , которая до сих пор не использовалась, но уже присутствовала в трудах Максвелла, приобрела, таким образом, свое основополагающее значение константы в структуре пространство — время.

Со скоростью разобрались, а как там с природой и составом света?

Ньютон считал свет корпускулярным явлением — потоком частиц, движущихся… в эфире, который занимает пространство.

По мнению Герца и Максвелла, свет не имеет корпускулярной составляющей, он обладает волновой природой, связанной с быстрыми колебаниями электрических и магнитных полей. Корпускулярная или волновая? Работы Планка подправили теорию Герца. По Планку, свет состоит из квантов, или фотонов. Однако Планк уперся в отсутствие подтверждения этих расчетов опытным путем. По мнению немецкого ученого, излучение света дискретно, однако Планк не уловил произвольность частоты излучения и, в частности, трудность излучения света высокой частоты. Планк думал, что ошибся.

Чтобы попытаться разрешить противоречие между двумя противоположными и несовместимыми версиями (что же такое свет: волна или частицы?), Эйнштейн применит статистическую механику. Он воспользовался теорией вероятностей, перенеся ее в область излучения. Он начал с происхождения световых пучков. Нагретый металл излучает электроны. Полученная световая энергия переносится «квантами» (позже их станут называть фотонами). Это фотоэлектрический эффект (он известен: его открыл Герц в 1887 году, а Ленард [30]получит за него Нобелевскую премию). Энергия квантов пропорциональна частоте нагревания металлического тела (чем больше раскаляется металл, тем больше энергия, тем ярче свет).

Спектр света зависит от частот светоизлучения. Но почему при определенных частотах не возникает светового луча? Планк отступил перед этим препятствием. Эйнштейн его преодолеет. На его взгляд, здесь не действует сплошной закон — всё или ничего. А значит, не существует «сплошного светового поля». Применяя статистические расчеты, Эйнштейн обнаружил, что световая энергия выделяет не кванты, как думал Планк, а порции квантов. По Эйнштейну, если энергии квантов недостаточно (порция слишком мала), она не позволяет отделить материю — электрон. А без излучения этого электрона не будет видимого света.

Эйнштейн опирался на труды Максвелла о природе энергии электромагнитных явлений, применяя их к свету. Его вероятностный подход, отличавшийся от подхода Планка, породил формулу энтропии [31]излучения в заданном объеме. Из этого он вывел отношение между энергией и частотой:

E = hv,

которую он приписал свойству излучения. И вывод: энергия света распределяется в пространстве дискретно в форме квантов света.

То, что Планк считал математической уловкой, Эйнштейн сделал основой своей теории. Он ввел в физику квантование световой энергии. Фотоэлектрический эффект объясняется «гипотезой о квантах света».

Планк уже выполнил часть этой работы в 1900 году: константа Планка никуда не делась. Повысив температуру, увеличим частоту, получим энергию более высокого спектра, например фиолетового. Но тайна дискретного распространения света оставалась неразгаданной.

По Планку, дискретность спектра световой энергии невозможно объяснить. По Эйнштейну, его прерывистое излучение обусловлено частотой колебания. Свет обладает свойствами волн и корпускулярной составляющей. Немыслимый парадокс: частицы не могут обладать свойствами волн, а волны — свойствами частиц. Частота колебания и частицы несовместимы. Либо волновая природа, либо корпускулярная: наука заставляет выбирать. Эйнштейн не выбирает. Точнее, он выбирает и то и другое. Он опирается на труды Максвелла и Больцмана о распределении энергии колебания электронов в теле и принимает парадоксальное сочетание волновых и корпускулярных свойств.