Квантово-волновая теория эффекта Комптона как альтернатива теории упругого рассеяния

Список литературы

1 Попов И.П. Установление частной функциональной

зависимости между емкостью и массой // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». 2011. Вып. 4. №2(21). С. 85-87.

2 Попов И.П. Инертно-емкостное устройство // Актуаль-

ные проблемы современной науки и практики: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию транспортного образования в Зауралье и 55-летию УрГУПС /под ред. Е.А.Худяковой. Курган: Изд-во КГУ, 2011. С. 119-120.

3 Попов И.П. Переходный процесс при подключении инертно-

емкостного устройства к источнику постоянного напряжения // Зауральский научный вестник. 2011. Выпуск №1. С. 162-165.

4 Попов И.П. Вращательные инертно-емкостные устрой-

ства // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». 2011. №3(31). С. 191-196.

5 Попов И.П. Упруго-индуктивное устройство // Зауральский

научный вестник. 2011. Выпуск №1. С. 181-183.

6 Попов И.П. Свободные гармонические колебания в упруго-

емкостной системе // Вестник Курганского гос. университета. Серия «Естественные науки». 2011. Вып. 4. №2(21). С. 87-89.

7 Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц //

Вестник Челябинского государственного университета. Физика. 2010. Выпуск 7. №12(193). С. 78-79.

8 Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых

величин // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». 2010. Выпуск 3. №2(18). С. 59-62.

9 Попов И.П. Сопоставление квантового и макро-описания

магнитного потока // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. 2010. Выпуск XIII. С. 26.

УДК 53.043 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области

КВАНТОВО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ ЭФФЕКТА КОМПТОНА КАК АЛЬТЕРНАТИВА ТЕОРИИ УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ

Аннотация. Показан характер взаимодействия фотонов с отражателем. Предложена квантово-вол-новая интерпретация эффекта Комптона, позволяющая не прибегать к модели, основанной на механическом упругом соударении фотона и электрона.

Ключевые слова: корпускулярный, волновой, фотон, электрон.

I.P. Popov

Department of Economic Development, Trade And Labor of Kurgan Region

QUANTUM-WAVE THEORY OF COMPTON EFFECT AS AN ALTERNATIVE TO THE THEORY OF ELASTIC WAVE SCATTERING

Abstract. The research shows the nature of photon interaction with a reflector. It offers a quantum-wave interpretation of the Compton Effect, which allows for avoiding the model based on the mechanical elastic collision of a photon and an electron.

Index terms: corpuscular, wave, photon, electron.

ВВЕДЕНИЕ

Существует точка зрения, согласно которой фотоны обладают упругими свойствами [1], в связи с чем они способны к соударениям с другими объектами и могут, в частности, отражаться от них. Представление об упругих свойствах фотонов лежит в основе теории эффекта Комптона. Более того, считается, что их поведение в этом случае не может быть объяснено с волновых позиций [2]. На фоне того, что волновыми свойствами обладают инертные частицы, эта точка зрения выглядит парадоксальной.

1 Об упругих свойствах фотонов

Действительно ли фотоны обладают способностью отражаться от объектов, можно выяснить из следующих рассуждений.

Пусть на зеркало падает луч света под прямым углом. Тогда отраженный луч составляет с поверхностью зеркала также прямой угол. В соответствии с теорией, наделяющей фотоны упругими свойствами, обратный луч состоит из отраженных фотонов. Это значит, что скорость фотонов при отражении изменилась на противоположную, то есть в какой-то момент она равнялась нулю. Однако в состоянии покоя фотоны не существуют. Следовательно, при падении на зеркало фотон неизбежно погибает (поглощается веществом зеркала), а отраженный луч формируется из вновь излученных поверхностью зеркала других фотонов (за счет энергии поглощенных).

Таким образом, фотоны не обладают способностью отражаться от объектов.

В этой связи поведение фотонов в рамках эффекта Комптона должно найти объяснение с волновых позиций.

Главное возражение против волнового подхода сводится к тому, что при взаимодействии с частицей частота фотона изменяться не может и объяснить ее уменьшение с волновых позиций нельзя. В основе этого возражения лежит представление о том, что «падающий» и «отраженный» - это один и тот же фотон. Однако, поскольку это два разных фотона, объяснение вполне очевидно. Электрон, на который «падает» фотон, приобретает движение. Поэтому в отношении «отраженного» вторичного фотона проявляется эффект Доплера, в силу чего его частота уменьшается.

2 Квантово-волновая теория эффекта Комп-тона

Пусть электромагнитная волна «падает» на неподвижный электрон (рисунок 1).

Поскольку волна обладает импульсом, электрону сообщается скорость v. При этом «падающий» фотон поглощается электроном, после чего последний излучает вторичный фотон. В соответствии с оптическим законом отражения угол «падения» р равен углу «отражения». Так как вторичный фотон излучается

48

ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3

движущимся источником, в отношении его частоты будет проявляться эффект Доплера:

Полученное выражение идентично формуле для эффекта Комптона.

v2 = v11 1 — cos ф I ,

c c ( v

— = —\ 1--COS ф

X 2 A.1 ^ c

c

Рисунок 1 - Взаимодействие фотонов и электрона

Энергии фотонов [3; 4] и электрона [4; 5] связаны соотношением

E2 = E1 — Ee ,

hc hc mv

X 2 Xi 2 При вычитании

2

hc mv hc hc v

------1---cos ф = 0,

Xi 2 Xi Xi c

hc mv2 c

X1 2 v cos ф ' При подстановке в

22 hc _ mv c mv

X2 2 v cos ф 2

mv

,2 f

--1

^ v cos ф )

Из

AX = X 2 — X =

2hc v cos ф 2hc v cos ф mv2 c — v cos ф mv2 c

2hccos ф

f

mv

1

1

Л

2hc cos ф c — c + v cos ф

2

2hcos ф

v c — v cos ф c ) 1

mv

c — cv cos ф

mc 1 — (v/ c)cos ф'

С учетом того, что ф = (п + ©) /2 (рисунок 1) и

m и m0 при v << c

ЛЛ О h . 2 ©

AX = 2-sin —

2

cm.

о

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Фотоны не способны к упругим соударениям с другими объектами.

2 Изменение частоты вторичного фотона после взаимодействия с электроном обусловлено эффектом Доплера.

3 Предложенная квантово-волновая трактовка объясняет эффект Комптона и позволяет не прибегать к модели, основанной на механическом упругом соударении фотона и электрона.

4 Совпадение формул для эффекта Комптона, полученных при механическом и волновом походах, объясняется корпускулярно-волновым дуализмом.

Список литературы

1 Лоудон Р. Квантовая теория света. М, 1976. 488 с.

2 Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. М., 1956.Т.2.

696 с.

3 Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых

величин // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». 2010. Выпуск 3. №2(18). С. 59-62.

4 Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц //

Вестник Челябинского государственного университета. Серия «Физика». 2010. Выпуск 7. №12(193). С. 78-79.

5 Попов И.П. Сопоставление квантового и макроописания

магнитного потока // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. 2010. Выпуск XIII. С. 26.

УДК 539.216.2:539.293.231:535.215

М.В. Суслов, А.П. Тыщенко

Курганский государственный университет

МОДЕЛЬ АНОМАЛЬНОЙ ФОТОПРОВОДИМОСТИ ПЛЕНОК СЕЛЕНА, АКТИВИРОВАННЫХ РТУТЬЮ

Аннотация. В статье изложены результаты исследования электрофизических свойств аномально фотопроводящих пленок аморфного селена, предложена модель аномально фотопроводящей системы.

Ключевые слова: полупроводники, фотопроводимость, селен, селенид ртути, гетеропереход, аномальная фотопроводимость.

A.P. Tyshchenko, M.V. Suslov Kurgan State University

MODEL FOR ANOMALOUS PHOTOCONDUCTIVITY OF SELENIUM FILMS ACTIVATED WITH MERCURY

СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6

49