Начало XX века. Свет ломал все теории: волновая оптика не могла объяснить, почему из металла при свете вылетают электроны, а энергия света передаётся только порциями. Врывается Макс Планк со словом «квант» — и физика больше никогда не будет прежней.
Планк понял: энергия излучается и поглощается не непрерывно, а порциями — квантами. Энергия кванта зависит от частоты:
h = 6,63·10⁻³⁴ Дж·с — постоянная Планка. Чем выше частота (фиолетовый свет), тем жирнее квант. Чем ниже (красный) — тем тоньше.
Эйнштейн пошёл дальше: квант света — это реальная частица — фотон, которая летит со скоростью света, не имеет массы покоя и несёт энергию и импульс.
Да! Свет толкает: хвосты у комет, солнечные паруса спутников будущего, световое давление внутри звёзд, которое не даёт им схлопнуться.
Если посветить на металл, из него вылетают электроны. Сначала все ломали голову: почему слабый фиолетовый свет, льющийся долго, выбивает электроны, а мощный красный — нет вообще? Ответ Эйнштейна: энергия передаётся отдельными фотонами, порциями. Фиолетовый квант — жирнее, ему проще выбить электрон на свободу.
Если h·ν < Aвых — фотонов не хватает на выбивание, сколько бы их ни было. ν₀ = Aвых/h — минимальная частота, ниже которой фотоэффект не идёт вовсе, даже при слепящем потоке света.
Пропусти одиночные фотоны через щели. Каждый фотон — частица (попадает в определённую точку). Но тысячи фотонов дают картину интерференции — как будто каждый фотон «знает», как вести себя волнам! Частицы и волны — две стороны одной монеты.
Свет ведёт себя и как волна (интерференция), и как частица (фотоэффект). Это не «или/или», это «оба одновременно» — основа квантовой механики.
Лазер — усиление света через вынужденное излучение: атомы получают энергию, переходят в возбуждённое состояние, а потом «бьют залпом» — один стимулирует других излучать когерентно, в фазе. Получается луч идеальной цельной волны.
Лазеры режут металл, читают диски, делают операции на глазах, строят LIGO-детекторы гравитационных волн и меряют расстояние до Луны (уголковые отражатели на поверхности поставили с Земли!).