4.6. Фотоны. Масса и импульс фотона

Согласно кван­товым гипотезам Планка и Эйнштейна свет испускается, распростра­няется и поглощается дискретными порциями – квантами. Фотоэлект­рический процесс выглядит так, как если бы световая энергия пере­носилась отдельными частицами, причем каждая такая частица, попа­дая в атом, передает ему свою энергию полностью, что несовместимо с понятием волны.

До сих пор при объяснении квантовых оптических явлений ис­пользовалась одна характеристика фотона - его энергия: ε = hn .

Помимо энергии фотон обладает массой и импульсом. Массу фо­тона можно найти из формулы, выражающей связь массы и энергии в теории относительности:

E = mc², ε_ф = hν, hν = mc²,

откуда

. (4.18)

Масса фотона существенно отличается от массы макроскопических тел и других элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и др.). Это отличие состоит в том, что фотон не обладает массой по­коя m₀. Если считать, что фотон обладает массой покоя и движется со скоростью с, применение формулы, выражающей зависимость массы от скорости

приводит к абсурду ( m = ¥ ). Таким образом, покоящихся фотонов не существует.

Импульс фотона (в соответствии с (4.18) и формулой n = c/l)

. (4.19)

Итак, все три корпускулярные характеристики фотона (как частицы) m_ф , e_ф и р_ф связаны с волновой характеристикой света - его частотой n (или длиной волны l ).