История и методология физики

разделов физической теории. С 18 века геометрическая оптика, совершенствуя методы 
расчѐта оптических систем, развивалась как прикладная наука. После создания 
электродинамики классической было показано, что формулы геометрической оптики 
могут быть получены из уравнений Максвелла в качестве предельного случая, 
соответствующего переходу к исчезающе малой длине волны. 
Геометрическая оптика является примером теории, позволившей при малом 
числе фундаментальных понятий и законов (представление о лучах света, законы 
отражения и преломления) получать много практически важных результатов. В теории 
оптических устройств она сохранила большое значение до настоящего времени. 

---

Лекция 11 
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ СВЕТА 
Корпускулярные и волновые представления о свете считались в XIX в. 
противоречащими друг другу. Поэтому победа волновой теории света означала 
полный крах корпускулярной теории Ньютона и ее забвение. Между тем конец XIX в. 
был ознаменован важным открытием — фотоэлектрического эффекта, объяснение 
которого никак не укладывалось в рамки классической электродинамики. 
Этот эффект случайно открыл Генрих Герц в 1887 г. В то время Герц был 
всецело 
увлечен 
доказательством 
существования 
электромагнитных 
волн, 
предсказанных Максвеллом. Поэтому обнаруженный эффект его не заинтересовал. 
Этот 
эффект, 
названный 
впоследствии 
фотоэлектрическим 
или 
просто 
фотоэффектом, переоткрыли в 1888г. немецкий физик Вильгельм Гальвакс, 
итальянский физик Аугусто Риги (1850-1921) и Александр Григорьевич Столетов 
(1839-1896). Гальвакс показал, что при освещении ультрафиолетовым излучением 
металлическая пластинка заряжается положительно. Риги впервые наблюдал фотоэф-
фект в случае диэлектриков (эбонит, сера) и предложил термин «фотоэлемент». 
Первый реально действующий фотоэлемент создал и применил его на практике 
Столетов. Он же открыл один из законов фотоэффекта – прямую пропорциональность 
силы фототока от интенсивности падающего света, и обнаружил фототок насыщения. 
В 1899 г. Дж. Дж. Томсон и немецкий физик Филипп Ленард определили удельный 
заряд частиц, вылетающих с поверхности освещаемого тела. Он оказался таким же, 
как для катодных лучей. Так было доказано, что с освещаемой поверхности вылетают 
электроны. В 1902 г. Ленард установил, что энергия вылетающих электронов 
совершенно не зависит от интенсивности падающего света и прямо пропорциональна 
его частоте. Этот факт невозможно объяснить на основе классических представлений. 
Действительно, по классическим представлениям электрон в световом поле совершает 
колебания, амплитуда которых должна возрастать с увеличением интенсивности 
волны. Тогда, естественно, должно расти количество электронов, способных 
вырваться с поверхности тела. Этого, однако, не наблюдается. 
Полное понимание всех законов фотоэффекта стало возможным лишь после 
великого открытия в физике – открытия квантов энергии и постоянной Планка. 14 
декабря 1900 г. для объяснения законов теплового излучения черного тела Макс Планк 
ввел гипотезу о том, что энергия излучения распространяется отдельными порциями, 
элементами энергии и открыл квант действия. Элемент энергии по Планку равен ε = 
ħν, где ħ - постоянная Планка, ν
 
- частота излучения. 
Для объяснения механизма распространения «элементов» или «единиц энергии», 
как их тогда называли, были возможны два варианта: эти элементы энергии после 
излучения сохраняют свою индивидуальность при распространении, или каждый 
излучаемый элемент рассеивается в пространстве по мере удаления от источника. 

---

Первый вариант не совместим с классической оптикой, которая основана на волновом 
характере распространения электромагнитного излучения. Планк, несмотря на 
революционность своего открытия, воспитанный в духе старой, доброй классической 
физики, был ревностным ее хранителем, и, как многие в то время, не мог смириться с 
тем, что хорошо проверенная на опыте волновая теория имеет ограниченную область 
применимости. Поэтому вначале он считал, что процесс испускания и поглощения 
происходит дискретными порциями, а само излучение является непрерывным. В 
противоположность Планку Альберт Эйнштейн первый осознал революционный 
характер введенной Планком квантовой идеи и развил ее дальше. 
В 1905 г. Эйнштейн в своей работе «Об одной эвристической точке зрения,