Показать ещё...
Посвящается памяти Сергея Ивановича Вавилова
Оптические исследования играют все более возрастающую роль в ускорении научно-технического прогресса. Современное производство широко использует разнообразные оптические приборы и устройства для совершенствования существующих и создания качественно новых технологий, для решения сложнейших научно-технических проблем, для существенного расширения наших возможностей целенаправленно воздействовать на вещество, управлять происходящими в нем физическими процессами. Оптические исследования – это прежде всего исследования физики взаимодействия света с веществом. Существуют три последовательных уровня рассмотрения указанного взаимодействия, три постепенно углубляющихся подхода: 1) классический, 2) полуклассический, 3) квантовый. На первом уровне оптическое излучение представляют в виде световых лучей или электромагнитных волн в соответствующем диапазоне частот, а вещество описывают с использованием понятий и аппарата механики сплошных сред, термодинамики, классической электродинамики. Иными словами, при данном подходе как свет, так и вещество рассматриваются в рамках классической физики. Полуклассический подход предполагает квантование вещества при сохранении классической трактовки света: классические световые волны взаимодействуют с коллективами атомов и молекул. Принимаются во внимание структура энергетических уровней атомов и молекул, энергетических зон кристаллов, статистика заселения различных квантовых состояний. Наконец, при квантовом подходе осуществляется квантование не только вещества, но и излучения; именно такой подход используется в квантовой электродинамике. Если при рассмотрении взаимодействия света с веществом на классическом и полуклассическом уровнях учитывается только волновая природа света, то на квантовом уровне принимаются во внимание также и его корпускулярные (квантовые) свойства. Это отвечает переходу от классической оптики, имеющей дело с лучами и световыми волнами, к оптике, которую естественно назвать квантовой оптикой. Одним из основных понятий этой оптики является фотон – квант светового поля, своеобразный "атом" световой волны. Отметим, что многие вопросы физики взаимодействия света е веществом удается достаточно глубоко проанализировать на основе полуклассического подхода. В качестве примера укажем вынужденное испускание света, резонансную флуоресценцию, нелинейно-оптические явления. Даже такое сугубо "квантовое" явление, как фотоэффект, можно, оказывается, неплохо описать на полу классическом уровне. В связи с этим иногда высказывается мнение, что при рассмотрении взаимодействия света с веществом квантование светового поля, по сути дела, не обязательно – достаточно проквантовать только вещество. Такую точку зрения надо признать слишком категоричной. Отдавая должное большим возможностям полуклассического подхода, не следует их переоценивать. По самой своей сути этот подход внутренне непоследователенвещество и поле рассматривают здесь на разных уровнях. Ясно, что наиболее последовательным и глубоким с физической точки зрения является подход, при котором квантуются как вещество, так и излучение. Именно при таком подходе можно наиболее глубоко исследовать физическую природу света, а значит, и физику процессов взаимодействия света е веществом. Относящиеся к квантовой оптике вопросы (фотонные представления; явления, в которых проявляются корпускулярные свойства излучения) освещаются с той или иной степенью полноты во всех современных учебных пособия" по физике. В вузовских курсах физики рассматриваются закономерности теплового излучения (от закона Кирхгофа до формулы Планка), сообщаются сведения о фотоэффекте, эффекте Комптона, фотохимическом действии света, дается объяснение испускания и поглощения света атомами на основе теории Бора. При более глубоком изучении физики студентов знакомят также с люминесцентными явлениями, эффектом Мессбауэра, многофотонными процессами, дают им некоторые сведения о квазичастицах в твердых телах. При этом авторы одних учебников пользуются термином "квантовая оптика", тогда как в других учебниках этот термин не применяется, а соответствующие вопросы собраны в главах, называемых "Тепловое излучение", "Световые кванты", "Действие света" и т.п. Дело в том, что в использовании термина "квантовая оптика" нет четкой договоренности. Согласно точке зрения, принятой в современной научной литературе, все отмечавшиеся выше вопросы – это еще не сама квантовая оптика, а всего лишь преддверие к ней. Собственно квантовая оптика занимается квантованием электромагнитного поля, анализом различных состояний квантованного поля, рассмотрением когерентных свойств света. В узком смысле слова квантовая оптика – довольно специальный раздел современной оптики, где на основе аппарата квантовой электродинамики анализируется степень когерентности оптического излучения и в связи с этим исследуются вопросы формирования оптических изображений, улучшения параметров оптических локационных систем, передачи информации по световому лучу и т.д. После изложенных соображений, касающихся существа предмета (квантовой оптики), обратимся к данному учебному пособию. Оно состоит из четырех частей: 1. Развитие фотонных представлений. 2. Физика микрообъектов. 3. Квантово-оптические явления. 4. Теоретические основы квантовой оптики. В первой части на основе ставших классическими работ Планка, Бора, Эйнштейна рассматриваются рождение и становление квантовой теории света, излагаются свойства фотона и фотонных ансамблей, демонстрируется переход от волновых представлений к квантовым. Во второй части анализируются некоторые принципиальные вопросы квантовой физики; это позволяет объяснить интерференционные эффекты на корпускулярном языке. В третьей части приводятся необходимые сведения из физики твердого тела и затем обстоятельно рассматриваются три группы оптических явлений: фотоэлектрические, люминесцентные, нелинейно-оптические; эти явления иногда объединяют термином "квантово-оптические". Вопросы, излагаемые в указанных трех частях пособия, составляют содержание раздела, и, кроме того, входят в разделы "Элементы атомной физики и квантовой механики" и "Элементы квантовой статистики и физики твердого тела" в действующей программе курса физики для инженерно-технических специальностей высших учебных заведений. В последней (четвертой) части пособия даются основы собственно квантовой оптики, включая вопросы вычисления вероятностей оптических переходов разной фотонной кратности и вопросы оптической когерентности. Эти вопросы выходят за рамки программы по физике для общетехнических вузов., но представляют интерес для педагогических вузов и специальностей оптического профиля. Если строго следовать точке зрения на квантовую сотику, принятой в научной литературе, то данное пособие следовало бы озаглавить, например, так; "Фотонные представ ления и квантовая оптика". Мы предпочитаем, однако, в соответствии с традициями учебной физической литературы рассматривать фотонные представления – их развитие и использование для объяснения ряда оптических явлений как важный начальный этап в изучении квантовой оптики, органически связанный с ней. Это и предопределило выбор названия данного учебного пособия – "Введение в квантовую оптику". Автор глубоко признателен докторам физико-математических наук, профессорам Д.Н.Клышко, А.М.Васильеву, И.Н.Компанцу, канд. техн. наук Г.Б.Ткачуку, канд. физ.-мат. наук А.А.Васильеву, прочитавшим рукопись и сделавшим ряд ценных замечаний. Автор
Лев Васильевич ТАРАСОВ Родился в 1934 году. Окончил Московский инженерно-физический институт в 1958 г. по специальности "Теоретическая ядерная физика". Кандидат физико-математических наук (1968), доцент (1969), профессор (1983). В 1989–1992 гг. – заведующий кафедрой методики преподавания предметов естественно-математического цикла в Московском институте повышения квалификации работников образования; в 1992-1998 гг. – заведующий кафедрой физики в Московском государственном открытом педагогическом университете. В 1994 г. награжден значком "Отличник народного просвещения" за разработку новой модели общеобразовательной школы "Экология и диалектика" и научное руководство межгосударственным педагогическим экспериментом по практической отработке этой модели. |
2023. 720 с. Твердый переплет. 16.9 EUR
Книга «Зияющие высоты» – первый, главный, социологический роман, созданный интеллектуальной легендой нашего времени – Александром Александровичем Зиновьевым (1922-2006), единственным российским лауреатом Премии Алексиса де Токвиля, членом многочисленных международных академий, автором десятков логических... (Подробнее) URSS. 2024. 800 с. Мягкая обложка. 37.9 EUR
ВЕРСАЛЬ: ЖЕЛАННЫЙ МИР ИЛИ ПЛАН БУДУЩЕЙ ВОЙНЫ?. 224 стр. (ТВЁРДЫЙ ПЕРЕПЛЁТ) 11 ноября 1918 года в старом вагоне неподалеку от Компьеня было подписано перемирие, которое означало окончание Первой мировой войны. Через полгода, 28 июня 1919 года, был подписан Версальский договор — вердикт, возлагавший... (Подробнее) 2023. 696 с. Твердый переплет в суперобложке. 119.9 EUR
Опираясь на новейшие исследования, историк Кристофер Кларк предлагает свежий взгляд на Первую мировую войну, сосредотачивая внимание не на полях сражений и кровопролитии, а на сложных событиях и отношениях, которые привели группу благонамеренных лидеров к жестокому конфликту. Кларк прослеживает... (Подробнее) URSS. 2024. 704 с. Твердый переплет. 26.9 EUR
В новой книге профессора В.Н.Лексина подведены итоги многолетних исследований одной из фундаментальных проблем бытия — дихотомии естественной неминуемости и широчайшего присутствия смерти в пространстве жизни и инстинктивного неприятия всего связанного со смертью в обыденном сознании. Впервые... (Подробнее) URSS. 2024. 344 с. Мягкая обложка. 18.9 EUR
Мы очень часто сталкиваемся с чудом самоорганизации. Оно воспринимается как само собой разумеющееся, не требующее внимания, радости и удивления. Из случайно брошенного замечания на семинаре странным образом возникает новая задача. Размышления над ней вовлекают коллег, появляются новые идеи, надежды,... (Подробнее) URSS. 2023. 272 с. Мягкая обложка. 15.9 EUR
Настоящая книга посвящена рассмотрению базовых понятий и техник психологического консультирования. В ней детально представлены структура процесса консультирования, описаны основные его этапы, содержание деятельности психолога и приемы, которые могут быть использованы на каждом из них. В книге... (Подробнее) URSS. 2024. 576 с. Мягкая обложка. 23.9 EUR
Эта книга — самоучитель по военной стратегии. Прочитав её, вы получите представление о принципах военной стратегии и сможете применять их на практике — в стратегических компьютерных играх и реальном мире. Книга состоит из пяти частей. Первая вводит читателя в мир игр: что в играх... (Подробнее) URSS. 2024. 248 с. Мягкая обложка. 14.9 EUR
В книге изложены вопросы новой области современной медицины — «Anti-Ageing Medicine» (Медицина антистарения, или Антивозрастная медицина), которая совмещает глубокие фундаментальные исследования в биомедицине и широкие профилактические возможности практической медицины, а также современные общеоздоровительные... (Подробнее) URSS. 2024. 240 с. Твердый переплет. 23.9 EUR
Предлагаемая вниманию читателей книга, написанная крупным биологом и государственным деятелем Н.Н.Воронцовым, посвящена жизни и творчеству выдающегося ученого-математика, обогатившего советскую науку в области теории множеств, кибернетики и программирования — Алексея Андреевича Ляпунова. Книга написана... (Подробнее) 2023. 416 с. Твердый переплет. 19.9 EUR
Вам кажется, что экономика — это очень скучно? Тогда мы идем к вам! Вам даже не понадобится «стоп-слово», чтобы разобраться в заумных формулах — их в книге нет! Все проще, чем кажется. Автор подаст вам экономику под таким дерзким соусом, что вы проглотите ее не жуя! Вы получите необходимые... (Подробнее) |