Ричард Фейнман - 3a. Излучение. Волны. Кванты

Следовательно, сила («толкающий импульс»), сообщаемая за­ряду за 1 сек, равна поглощаемой энергии света за 1 сек, деленной на с! Этот закон носит общий характер, поскольку нам не надо было знать силу осциллятора, а также взаимное уничтожение действия разных зарядов. В каждом случае, когда происходит поглощение света, возникает давление. Импульс, сообщаемый светом, всегда равен поглощаемой энергии, деленной на с:

(34.24),

Мы уже знаем, что свет переносит с собой энергию. Теперь мы приходим к выводу, что свет несет также и импульс и, кроме того, импульс световой волны всегда равен энергии, деленной на с.

И наоборот, при испускании света источник испытывает отдачу. Если атом излучает энергию W в некотором направ­лении, возникает импульс отдачи р = W/c . Пучок света, па­дающий по нормали к зеркалу, при отражении сообщает зеркалу в два раза большую силу.

Все сказанное находится в рамках классической теории света. Мы, конечно, знаем, что существует квантовая теория и что свет во многих отношениях ведет себя как частица. Энергия света — частицы — равна частоте, умноженной на постоян­ную

(34.25)

Раз свет переносит импульс, равный энергии, деленной на с, то эффективные частицы, фотоны, несут импульс

(34.26)

Направление импульса совпадает, разумеется, с направлением распространения света. Следовательно, можно записать это в векторной форме

(34.27)

Мы знаем также, что энергия и импульс частицы образуют четырехвектор. Мы уже выяснили, что со и k тоже составляют четырехвектор. И очень хорошо, что в оба равенства (34.27) входит одна и та же константа; это означает, что квантовая теория и теория относительности согласуются друг с другом.

Уравнению (34.27) можно придать более элегантный вид: р =fik (релятивистское уравнение для частицы, которая со­поставляется волне). Хотя это соотношение написано нами для фотонов, у которых k (модуль k) равно со/с, а р = W/c, на самом деле оно имеет гораздо более общий характер. В квантовой механике все частицы, а не только фотоны проявляют волновые свойства, причем частота и волновое число соответствующих волн связаны с энергией и импульсом частицы соотношениями (34.27) (они называются соотношениями де-Бройля), даже в случае р, не равного W1с.

В предыдущей главе мы видели, что свет с- правой и левой круговой поляризацией также переносит момент количества движения, по величине пропорциональный энергии $ волны. С квантовой точки зрения пучок света с круговой поляризацией представляется в виде потока фотонов, каждый из которых несет момент количества движения i/t, направленный по или против движения. Вы видите, во что превращается поляризация с кор­пускулярной точки зрения — фотоны обладают моментом ко­личества движения, как вращающиеся пули винтовки. Но кар­тина с «пулями» столь же не полна, как и «волновая» картина, и нам предстоит обсудить эти представления более подробно в последующих главах, посвященных квантовым явлениям.

§ 1. Человеческий глаз

§ 3, Цвет зависит от интенсивности

§ 3. Измерение восприятия цвета

§ 4:. Диаграмма цветности

§ 5. Механизм цветового зрения

§ 6. Физико-хими­ческие свойства цветового зрения

§ 1. Человеческий глаз

Явление цвета отчасти обусловлено физи­ческими процессами. Мы уже говорили о цве­товой гамме мыльных пленок, вызванной интер­ференцией. Но цвет, кроме того, связан еще с функцией глаза и с тем, что происходит позади него, т. е. с деятельностью мозга. Физика изучает поведение света, пока он на­ходится вне человеческого глаза, а наши ощу­щения, после того как свет попал в глаз, возни­кают в результате фотохимических и нервных процессов, а также психологических рефлексов.

С восприятием света связано множество интересных явлений, в которых тесно пере­плетаются и физические, и физиологические процессы, так что познавание явлений при­роды, воспринимаемых через зрение, выходит за рамки физики как таковой. Мы не станем извиняться за то, что собираемся несколько вторгнуться в другие области науки, потому что, как мы уже подчеркивали, науки разде­лены не естественным путем, а лишь из сооб­ражений удобства. Природа вовсе не заинте­ресована в подобном разделении, и многие интересные явления лежат именно на стыке разных областей науки.

В гл. 3 мы в общих чертах говорили о связях физики с другими науками; теперь мы хотим более подробно исследовать ту область явле­ний, где физика и другие науки исключительно тесно связаны между собой. Эта область — вос­приятие света, зрение. Особое внимание мы уделим цветовому зрению. В этой главе мы в основном будем говорить о явлениях, связанных со зрением человека; следующая глава будет посвящена физиологи­ческим аспектам зрения как у человека, так и у животных.

Фиг. 35.1. Строение глаза

Зрение начинается с гла­за; чтобы понять, как мы видим, нужно разобраться в устройстве самого глаза. В следующей главе мы довольно подробно будем говорить о функции отдель­ных частей глаза и их связи с нервной системой. А пока кратко опишем, как функционирует глаз.

Свет попадает в глаз через роговицу (фиг. 35.1); мы уже рас­сказывали раньше, как свет преломляется и отображается на зад­ней поверхности глаза, на слое, который называется сетчаткой; разные части сетчатки воспринимают лучи от различных областей поля зрения вне глаза. Сетчатка не вполне однородна: в ее центре есть участок — пятно, который мы используем, когда нам необходимо видеть предметы особенно четко; в этом участ­ке острота зрения особенно велика, называется он — желтое пятно, или центральная ямка. Легко убедиться непосредствен­но на опыте, что боковые участки глаза различают детали рассматриваемого предмета не столь эффективно, как централь­ный участок. В сетчатке имеется еще один участок, где зритель­ные нервы, несущие всю информацию, собираются вместе и выходят из глаза; этот участок называется слепым пятном. Сетчатка там не имеет чувствительности, и если, например, закрыть левый глаз и посмотреть перед собой, а затем медленно отодвигать палец (или другой небольшой предмет) из поля зре­ния, то в каком-то месте поля зрения этот предмет неожиданно исчезнет. Известен пока лишь один случай, когда из этого эф­фекта была извлечена реальная польза. Один физиолог, пока­завший действие слепого пятна, стал любимцем при дворе французского короля; на утомительных заседаниях со своими придворными король развлекался, «отрубая им головы»: он смотрел на одного из них и следил, как в это время «исчезала» голова другого.