Номер 7, страница 69, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

*7. Почему по квантовой теории должны наблюдаться флуктуации при очень малой интенсивности света?

*7. Решение

Согласно квантовой теории, свет имеет двойственную природу, проявляя свойства как волны, так и частиц. Элементарной частицей света является фотон — дискретный квант электромагнитного излучения. Энергия одного фотона зависит от частоты света $\nu$ и определяется формулой Планка: $E = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка.

Интенсивность света, с точки зрения квантовой теории, пропорциональна плотности потока фотонов, то есть числу фотонов, проходящих через единицу площади в единицу времени.

При очень малой интенсивности света это означает, что число фотонов, достигающих какой-либо поверхности (например, экрана или детектора) в единицу времени, очень невелико. В отличие от классической волновой теории, где энергия распределяется по волновому фронту непрерывно, в квантовой теории энергия приходит дискретными порциями — фотонами.

Процессы испускания и поглощения фотонов носят вероятностный, случайный характер. Это означает, что невозможно точно предсказать, в какой именно точке и в какой момент времени появится очередной фотон. Прибытие каждого фотона на детектор — это отдельное, независимое случайное событие.

Следовательно, при регистрации света низкой интенсивности в течение коротких промежутков времени число зарегистрированных фотонов в любой небольшой области детектора будет случайным образом меняться (флуктуировать) вокруг некоторого среднего значения. В один момент времени в область может попасть один фотон, в следующий — ни одного, затем снова один или даже два. Эти случайные колебания числа фотонов и есть флуктуации, которые можно наблюдать. При высокой интенсивности света поток фотонов настолько велик, что эти случайные отклонения усредняются и становятся незаметными, и свет воспринимается как непрерывный.

Ответ: Флуктуации при очень малой интенсивности света являются прямым следствием его квантовой природы. Свет состоит из дискретных частиц (фотонов), и при низкой интенсивности их поток настолько разрежен, что их прибытие на детектор становится заметным как последовательность отдельных случайных событий. Это приводит к случайным колебаниям числа регистрируемых фотонов в единицу времени, что и проявляется как флуктуации интенсивности.