Скажу подробнее. Что такое количество движения, вы хорошо знаете. Это произведение массы движущегося объекта на скорость его движения. Помножим количество движения еще на некоторое расстояние — получим величину, называемую действием. Действие очень похоже на другую величину, называемую моментом количества движения. Только при вычислении момента количества движения расстояние умножают не на сам вектор количества движения, а на проекцию этого вектора на направление, перпендикулярное отрезку, вдоль которого измеряется расстояние. В случае действия последнее не обязательно.
Согласно гипотезе Планка, излучение электромагнитных волн происходит не непрерывно, а порциями, причем каждая порция содержит количество действия, равное 6,62559 грамм сантиметр секунда. Эту величину называют постоянной Планка. В дальнейшем Эйнштейн предложил свою гипотезу: считать свет и любое другое электромагнитное излучение потоком частиц, которые он назвал световыми квантами. Впоследствии эти частицы получили название фотонов.
Что такое фотон? Снова настал момент, когда я должен нарисовать для вас некий портрет. Правда, на сей раз не собственный, а портрет довольно близкого моего родственника — фотона. Итак, фотон — нечто, обладающее энергией, равной (oh, где со — частота соответствующего электромагнитного излучения, h — постоянная Планка. И для меня, и для фотона главное — энергия. Указать наши с фотоном энергии — все равно что про кого-то сказать, что он человек, а про кого-то сказать, что она кошка. Энергия у фотонов может быть самая различная, но ведь люди и животные бывают и большими и маленькими.
Фотон, по определению, уносит с собой порцию действия. Поскольку с фотоном нельзя связать никакие расстояния (почему это так, вы узнаете позже), порция действия у фотона имеет вид только момента количества движения. Так оно и есть на самом деле. Фотон обладает моментом количества движения, в точности равным h. Применительно ко мне, электрону, фотону и другим моим родственникам момент количества движения называют спином (от английского «spine», что значит «вращение»). Говорят, что фотон обладает спином и спин этот равен h. Чаще всего спин измеряется в единицах h, поэтому говорят короче: спин фотона равен единице.
Обладая энергией, фотон, естественно, обладает массой. Вы и без меня легко сообразите, что масса фотона, в полном соответствии с соотношением Эйнштейна. Равна его энергии, поделенной на квадрат скорости света. О скорости скажу больше — это интересно. Мы договорились, что электромагнитные волны могут существовать лишь постольку, поскольку они распространяются со скоростью света. То же самое справедливо и для фотонов. Фотон существует постольку, поскольку он движется, причем не как-нибудь, а со скоростью, равной скорости света. Стоит хоть чуточку затормозить фотон, как он исчезает — превращается во что-нибудь. Не пытайтесь даже представить себе неподвижный фотон или задавать, например, вопрос: какова у неподвижного фотона масса? Такой вопрос столь же бессмыслен, как и вопрос о том, какого цвета глаза у дождевого червя.
Как всякий объект, обладающий массой и движущийся с определенной скоростью, фотон обладает количеством движения. Поскольку скорость фотона всегда равна с, вы и без меня легко сообразите, что количество движения любого фотона равно.
Вы получили полный словесный портрет моего дорогого родственника — фотона: энергия, спин, скорость, количество движения. Что вы хотите спросить? Какие у фотона размеры? Ну как же вам не стыдно! И это после двух, даже двух с половиной моих рассказов! Ну а коли вы такие дотошные, добавлю, пожалуй, вот что, хотя это и так само собой разумеется. Нет у фотона никакого электрического заряда, ни положительного, ни отрицательного. В этом основное между нами различие. Насколько оно существенное, вы увидите сами.
