Слабые потоки света. Флуктуации светового потока

Квантовые свойства света должны проявляться и в явлениях интерференции и дифракции; с фотонной точки зрения распределение света на дифракционной картине определяется различной вероятностью движения фотонов (например, за дифракционной решеткой) в различных направлениях. Наблюдаемая интенсивность света пропорциональна этой вероятности. Но при очень слабых световых потоках должны наблюдаться беспорядочные отклонения от среднего значения интенсивности, тем большие (относительно), чем слабее интенсивность света в некотором направлении. Такие отклонения называются флуктуациями; они характерны для любого собрания частиц (это выяснится в молекулярной физике). Наблюдение флуктуаций светового потока чрезвычайно трудно, так как они незначительны.

На сегодняшний день глаз является наиболее чувствительным приемником видимого света. Поэтому изучение флуктуаций светового потока, предпринятое в опытах С. И,- Вавилова, велось при помощи глаза. Нужно сказать, что обычно ощущение света возникает при поступлении в глаз световой мощности около 10-10 Вт (при длине волны 0,555 мкм, к которой глаз наиболее чувствителен). Если же наблюдатель проведет в темноте несколько часов, то чувствительность глаза резко возрастает и тренированный глаз может зафиксировать поступление мощности всего в 10-16 Вт. При этом в глаз попадает в 1 с число фотонов, равное:

Но из этого числа до светочувствительного нерва доходит всего около 10%, т. е. только 20—30 фотонов.

В опытах Вавилова наблюдатель в полной темноте смотрел в заданном направлении (для ориентировки применялся очень слабый, но постоянно видимый красный луч). Второй наблюдатель время от времени включал весьма слабый зеленый сигнал, одновременно отмечая момент его посылки на движущейся ленте. Если первый наблюдатель видел этот сигнал, то он также делал отметку на ленте, нажимая клавишу прибора. Оказалось, что число отмеченных вспышек зеленого света меньше, чем число посланных вспышек. Сложная статистическая обработка результатов этих трудных опытов показала, что число незамеченных вспышек соответствует теории флуктуаций.