Фотон

Максвеловата електромагнетна теорија не ги објаснува доволно добро законите за надворешниот фотоефект. Алберт Ајнштајн кој во 1905 ја создаде квантната теорија за светлината и на законите за надворешниот фотоефект им даде квантно објаснување. Тој претпостави дека не само енергијата што ја зрачат телата е квантувана, туку и самото електромагнетно зрачење има дискретна структура, т.е се состои од одделни кванти на енергија:
:<math> E=hf.</math>
каде h е Планковата константа; f е честотата на определен квант. Според Алберт Ајнштајн, светлината која има електромагнетна природа не само што се зрачи, но, исто така, и се распространува во просторот и се апсорбира од супстанциите во вид на одделни "порции" на енергија - кванти на електромагнетното зрачење. Според тоа распространувањето треба да се гледа не како континуиран процес, но како поток на локализирани во просторот дискретни кванти, кои се движат со брзината c на светлината во вакуум. Тие кванти на електромагнетното зрачење се наречени светлински кванти или фотони. Ова значи дека светлината треба да се гледа и како поток од честички (корпускули)-наречени фотони. Сега процесот на апсорпција на светлината од супстанциите се објаснува со тоа што фотоните ја предаваат целата своја енергија одеднаш на честичката од супстанцијата. Тоа значи дека процесот на апсорпција на светлината протекува дисконтинуирано како во просторот така и во времето. Со други зборови можат да се апсорбираат и емитуваат само цели фотони. Фотоните не можат да бидат емитувани ниту апсорбирани на делови. Овие идеи на Алберт Ајнштајн влегоа во основата на т.н. квантна теорија за светлината, која овозможи успешно да се објаснат законите на надворешниот фотоефект и многу други оптички појави.
1 Маса и импулс на фотонот
При објаснувањето на квантните оптички појави е користена само една одлика на фотонот-неговата енергија. Секако покрај енергијата фотонот, како корпускула од посебен вид, мора да има своја маса и импулс. Релацијата замасата на фотонот може да биде добиена согласно специјалната теорија за релативноста, по релацијата <math> E=mc^2 </math> која ја дава заемната врска меѓу масата m и енергијата E за дадена честица. За фотонот имаме:
:<math> E=mc^2; m=E/c^2=hf/c^2 </math>,
Според тоа, масата m на фотонот, кој се движи со брзината на светлината c во вакуум зависи од фревенцијата f на светлината. Масата на фотоните битно се разликува од масата на микроскопските тела. Таа разлика се состои во тоа што фотонот нема маса на мирување. Значи фотонот, како корпускула, во состојба на мирување не постои, туку постои само во движење со брзина на светлината c во вакуум. На таков начин, врз основа на квантните претстави за светлината и општите принципи на теоријата за релативноста, произлегува дека :
1.Масата на мирување на фотонот е еднаква на нула.
2.Фотонот насекаде се движи со брзина c.
Врската меѓу импулсот <math> p=mv </math>, на која било честичка со маса m и при нејзиното движење со брзина v, и нејзината енергија, согласно на специјалната теорија за релативноста е дадена со релацијата:
:<math> E=c \scriptstyle \sqrt{p^2 + m^2c^2} \ </math>
Ако станува збор за фотонот како корпускула, тогаш m = 0 и за импулсот на фотонот се добива
:<math> p = E/c = hf/v = mc </math>.
Ако во последната релација честотата на фотонот f се изрази преку брановата должина а потоа се воведе брановиот број k на светлинскиот бран за импулсот се добива релацијата
:<math>p =\frac{h\nu}{c}= \frac{h}{\lambda}=\hbar k .</math>