三、康普顿效应(§15-3)

    1. 康普顿效应及其观测

    (1)  短波射线(X射线、g射线)经物质散射后,在散射线中除有与入射线同波长的成分外,还有比入射线波长更长的射线产生出来。这就是康普顿效应。波动论对这个效应同样无法说明,而再次陷入困难的境地。

    (2)  康普顿效应的核心之点就是在散射波中存在波长变长的部分。但从波动论看,入射波的散射是物质中的带电粒子在入射波的作用下发生受迫振动,而向四周发出的辐射。大家知道,稳定的受迫振动与驱动力同频率,所以散射波一定与入射波同频率,不可能发生波长变长的现象。

    2. 光子论对康普顿效应的说明

    (1)  从光子论看,入射光是能量为hn 的光子流,进入物质内的光子将与物质粒子发生弹性碰撞,碰撞过程遵从能量守恒定律和动量守恒定律。光子与点阵离子和自由电子的弹性碰撞,将分别得到波长不变和波长变长的散射波成分,从而圆满地说明了康普顿效应。

    (2)  认为碰撞前自由电子是静止的,其总能量等于静能m0c2,碰撞后其总能量变为mc2碰撞前光子的动量为hn0/c,碰撞后变hn  /c这些能量和动量的表示都是从相对论关系中得到的。由于运用了这些关系,康普顿效应才得到圆满说明,所以说,康普顿效应是一种相对论效应。

    (3)  在§12-9大家曾经讨论过光压,就是光照射到物体上时,会产生对物体的压力。并且也曾指出,在微观世界里,光压表现为光子与其他微观粒子碰撞时的撞击力,这种撞击力是由于光子动量的改变所产生的。既然光子的动量由于碰撞而改变了,根据式(15-18),光子的波长自然要发生变化,这就是康普顿效应。所以,康普顿效应与前面所讨论的光压实际上是同一种物理现象。

    3. 光的波粒二象性

    (1)  光的干涉、衍射和偏振等现象,使人们确认光具有波动性;而黑体辐射、光电效应和康普顿效应以及其他一些现象,又使人们相信光具有粒子性。可见,波动性和粒子性同样都是光的本性的表露,不应以一种性质去否定另一种性质的存在。

    (2)  这种两重性之间的联系表现在能量与频率的关系

                              e = hn

以及动量与波长的关系

                              .

    (3)     粒子和波,都是人们在经典观念中对物质世界的一种认识。光既是粒子,也是波,即光的波、粒两重性,这在人们的经典观念中是不容易接受的。于是人们想到用统计的观点把这两者统一起来:光是由具有一定能量、动量和质量的微观粒子组成的,在它们运动的过程中,在空间某处发现它们的概率却遵从波动的规律。关于这一点,下面大家还将进一步讨论。

       
XML 地图 | Sitemap 地图