1905. године Ајнштајн доказује Планкову хипотезу о квантима успешно их применивши на објашњење фотоефекта. Притом је Ајнштајн проширио Планкову хипотезу у смислу да се енергија електромагнетног зрачења не само емитује у виду кваната, већ да се тако и преноси и на крају апсорбује у некој препреци када је погоди. Уместо Планковог назива – кванти (порције, пакети), Ајнштајн је предложио назив – фотони (делићи светлости).
Идеја о фотонима (квантима) значи следеће: енергија електромагнетних таласа има зрнасту структуру. Ова зрнца енергије су у ствари фотони (кванти). Планкова фомула за енергију једног фотона показује да различити електромагнетни таласи имају фотоне неједнаких енергија. Како је енергија фотона обрнуто сразмерна таласној дужини зрачења, то значи да минималну енергију фотона имају електромагнетни таласи са максималном таласном дужином – а то су радио таласи, док максималну енергију фотона има онај део спектра који има минималне таласне дужине – а то су космички зраци.
Енергија фотона:
На основу релативистичког израза за енергију и Планкове формуле:
Фотон представља честицу која се креће брзином светлости и поседује масу:
Према теорији релативности, једна од карактеристичних величина је сваког тела је његова маса у мировању. За фотон је карактеристично да му је маса у мировању једнака нули.
Међутим, ако фотон има масу он мора да и остале честичне особине, пре свега импулс:
Ако има масу и импулс фотон мора да врши притисак на непокретну препреку на коју наиђе, тј. светлост би требало да врши притисак на препреку на коју пада.
Када светлост пада на површину неког тела, део светлости се одбија (рефлектује) а део апсорбује. И рефлектована и апсорбована светлост врше притисак на површину.
Квантна теорија објашњава светлосни притисак тиме што фотони предају импулс површини, односно делују силом на њу.
По квантној теорији светлости, импулси појединачних фотона се сабирају да би произвели одговарајући притисак. Ако су апсорбовани, то резултује у збир појединачних фотона у јединици времена, а ако су рефлектовани притисак је два пута већи.
Притисак светлости је веома мали. Притисак сунчеве светлости на површину тела које се налзи на Земљиној површини је око 9mPa. Тај притисак је приближно 10 милијарди пута мањи од атмосферског.
Данас је познато да управо притисак зрачења са Сунца ( сунчев ветар ) оно што изазива да репови комета буду увек на линији Сунце – комета, али иза комете.
Овај притисак производи силе које делују на свемирске летилице, што доводи до значајних одступања од планираног курса.
Планира се да у будућностости свемирске летилице буду опремљене соларним једрима – великим рефлексионим лаким површинама. Свемирски једрењаци ће се кретати кроз наш Сунчев систем користећи управо “сунчев ветар“.
Додатак:
Фотоелектрични ефекат | Комптонов ефекат |