Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Ещё одна загадочная и, до сих пор, не объяснённая особенность фотоэффекта, — селективный (избирательный) фотоэффект. Суть его в том, что вблизи некоторых частот фототок сильно возрастает, как при резонансе (Рис. 152). Причём, селективный фотоэффект сильно зависит от поляризации падающего света (потому его называют ещё "векториальным" [36, Ч.I]). Действие оказывает лишь составляющая поля, нормальная к поверхности металла, что можно выявить, например, с помощью стопы Столетова (стопки стеклянных пластин) [74]. Зависимость фототока от поляризации света, по отношению к поверхности металла, доказывает, что и здесь причина эффекта кроется в металле, а не в фотонах. Понять природу эффекта легко, если заметить, что он обнаружен в области ультрафиолета. Но, как раз, в ультрафиолете металлы обретают прозрачность, как было обнаружено ещё Р. Вудом [56, 136]. То есть, ультрафиолетовые лучи некоторого диапазона способны вырывать электроны не только с поверхности металла, но также из глубины, проникая в его толщу. Вот почему, на этих частотах фототок заметно возрастает.

Рис. 152. Зависимость фототока I от длины волны падающего света в селективном фотоэффекте для двух направлений поляризации [74].

Тогда усиление воздействия света в селективном фотоэффекте вызвано, во-первых, тем, что меньшая часть света отражается, проникая вглубь. Во-вторых, свет воздействует на большее число атомов, готовых к выбросу электрона, отчего эффективность воздействия света на вещество повышена. Итак, пик фототока наблюдается в окне прозрачности металла для света. Как показывает Таблица 10, частота f=c/ m, отвечающая этому пику, нарастает с уменьшением размера атома

R. Поэтому, пик может быть обусловлен и тем, что в атомах есть орбиты, где электронов особенно много, причём, в силу подобия атомов, радиус этих орбит растёт с увеличением размера атома.

Итак, селективный эффект возникает, поскольку на некоторых частотах металлы плохо отражают и хорошо пропускают свет, который проходит в толщу металла и, тем самым, наращивает фототок. Поскольку поглощение имеет именно резонансный характер и связано с наличием собственных частот колебаний электронов, то и фототок обнаруживает выраженный пик в полосе поглощения. Поглощение вблизи резонансных частот f _mсильно меняет диэлектрическую проницаемость металла = n ²= 1- f _p ²

/( f ²- f _m ²), где f _p— плазменная частота электронного газа в данном металле [74]. В итоге, мнимая часть показателя преломления

nуменьшается, что ведёт к снижению проводимости металла, вплоть до того, что вблизи частот f= f _mего можно условно считать диэлектриком. Соответственно, падает и коэффициент отражения Rметалла, за счёт сниженной проводимости перестающего хорошо отражать свет и сближающегося по своим отражательным свойствам с диэлектриками. Поэтому, свет на данных частотах особенно эффективно воздействует на электроны, за счёт проникновения в металл. И, точно, в области ультрафиолета, где в основном и наблюдался селективный фотоэффект, многие металлы хорошо поглощают и плохо отражают свет. Так, серебро, имеющее высокую отражательную способность R=95 % в видимом свете и потому применяемое в качестве отражающего покрытия зеркал, уже для света с длиной волны =316 нм уменьшает отражательную способность до 4,2 %, становясь по свойствам близк'o к стеклу [136, с. 431]. Таким образом, зависимость фототока от частоты — это отражение кривой спектральной чувствительности металла, то есть, — зависимости его коэффициента поглощения (обусловленного электронами) от частоты света. При этом, на сплошной непрерывный спектр поглощения налагаются полосы-пики поглощения, связанные с наличием в атомах собственных частот колебаний электронов.

Рис. 153. Падение на границу двух сред света с продольной и поперечной относительно плоскости падения поляризацией.

Осталось объяснить зависимость селективного фотоэффекта — от поляризации излучения. Так, при падении луча перпендикулярно границе металла, селективный фотоэффект отсутствует. Зато, при косом, скользящем падении луча, эффект — максимален. Если селективный эффект вызван компонентой излучения, проникающей в глубь металла, то объяснение — очевидно. Из оптики [74] известно, что излучение разной поляризации по-разному проникает в преломляющую среду (Рис. 153). Лучше всего проходит излучение с вектором поляризации, лежащим в плоскости падения (параллельная поляризация E ), то есть, — как раз излучение с составляющей электрического поля, нормальной к границе среды. А излучение с вектором поляризации, перпендикулярным плоскости падения (перпендикулярная поляризация E ₊), — не имеет нормальной к границе составляющей поля и проникает в среду заметно слабее, эффективно отражаясь.