Последняя разновидность фотоэффекта — обратный фотоэффект: генерация металлом излучения при обстреле его поверхности электронами энергии E(§ 4.1). Электрон при захвате атомом начинает излучать на частоте своего вращения f= E/ h(Рис. 156). Подобный же эффект работает и в некоторых светодиодах, где в переходном слое полупроводникового кристалла, края которого находятся под напряжением V, электроны набирают энергию E=eVи, при захвате атомами, закручиваясь в их магнитном поле, излучают на частоте вращения f= eV/ h. Ещё раз отметим, что захват и выброс электрона атомом происходит без изменения энергии (без затрат и выделения энергии ионизации), поскольку захват производит магнитное поле нейтрального атома, не меняющее энергии захваченного электрона. Что касается потенциального электрического поля атомного ядра, то оно в принципе не способно захватить электрон. Поэтому, в фотоэффекте электроны лишь малую долю энергии получают от света, основная же часть энергии у них есть изначально. И, не исключено, что однажды опыт покажет: энергия электронов, покинувших металл, порой превосходит энергию выбившего их света. Энергия света идёт лишь на изменение орбиты электрона и отрыв его от атома при сходе с устойчивой орбиты. В фотоэлементах (солнечных батареях) эта энергия освобождения электронов и преобразуется в электрическую. В случае, если бы энергия света шла ещё и на придание скорости электронам, по сути, — на нагрев полупроводника, КПД солнечных батарей было бы существенно меньше известного. Реально же энергия света напрямую, с минимальными потерями, преобразуется в электрическую.

Вполне возможно, что правильное понимание механизма фотоэффекта позволит ещё сильней повысить КПД солнечных батарей, найти более дешёвые и эффективные полупроводниковые материалы, преобразующие свет в электроэнергию. Пока же поиск таких материалов вёлся вслепую. И, лишь на базе классического подхода, этот поиск станет, наконец, целенаправленным, осмысленным и эффективным. Стоит отметить, что в диэлектриках и полупроводниках, в отличие от металла, свету, возможно, всё же приходится совершать некоторую работу по ионизации атомов, поскольку производится отрыв уже не только внешних, но, порой, и внутренних электронов в атоме. Вероятней всего, в таких случаях свет не сам выбивает эти внутренние электроны, а делает это через посредство внешних. Сначала свет воздействует на внешние, крутящиеся возле атома электроны энергии E=hf, заставляя их срываться с орбиты (§ 4.3). Эти внешние электроны ударяют в другие атомы и, при достаточной энергии E(если она достигает энергии ионизации E _и), выбивают из атомов внутренние электроны, производя ионизацию. В этом, видно, и состоит причина того, что атом может быть ионизован лишь светом частоты f=E _и/ hили большей. Поэтому, фотоэлементы и солнечные батареи необходимо конструировать на основе материалов с возможно меньшей энергией отрыва электронов от атомов.

Аналогично протекает фотоионизация в газах: внешние электроны атомов, сорвавшись с орбиты — под действием света частоты f=E _и/ h, без потерь своей энергии E=E _иударяют в другие нейтральные атомы и выбивают из них внутренние электроны, которым уже приходится преодолевать притяжение ядра, затрачивая на это сообщённую энергию E _и. Известна и многофотонная ионизация, когда ионизацию производит свет меньшей частоты f=E _и/ nh, где n— целое число [74]. Однако, объясняется этот феномен, подобно нелинейному фотоэффекту, — не поглощением сразу nфотонов, а генерацией средой кратных частот 2 f, 3 f…, nf, за счёт нелинейных эффектов (§ 4.5). Интенсивное излучение частоты f, проходя через среду, обогащает свой спектр, за счёт генерации новых гармоник атомами газа. Это вторичное излучение кратных частот f'=nf=E _и/ hи выбивает электроны из атомов. Впрочем, возможно и вырывание электрона из атома под действием ударов сразу нескольких фотоэлектронов (не фотонов!), с энергией, меньшей энергии ионизации.

Во многом схож с фотоэффектом и процесс образования электрон-позитронных пар, под действием гамма-излучения, тоже имеющего критическую частоту f=E _п/ h, по превышении которой из ядер вырываются электроны с позитронами [139]. Только здесь энергия E _п— это уже не энергия связи электронов с металлом или с атомом (энергия ионизации), а электростатическая энергия связи электронов и позитронов в ядре, составляющая величину, порядка E _п=2 mc ²(§ 1.16, § 3.12, § 3.13). В целом, процесс "рождения" электрон-позитронных пар протекает подобно фотоионизации: излучение с частотой выше f>E _п/ hвоздействует на электрон, крутящийся в магнитном поле ядра, с той же частотой fи энергией E=hf>E _п. Этот электрон, при ударе о ядро, способен за счёт своей высокой энергии выбить из ядра либо электрон, либо позитрон, которых в ядрах почти поровну. Оттого гамма-излучение и создаёт поток, где электронов и позитронов поровну, что трактуют как рождение их парами. Впрочем, нередко они и впрямь вылетают парами, если электрон, выбивший позитрон, не поглотится ядром, а отскочит от него. Тогда, в камере Вильсона видно, как из одной точки (от одного ядра) исходят сразу два следа: электрона и позитрона. Если вспомнить аналогию электронов и позитронов — с чёрными и белыми шашками, сидящими в своих клетках на шахматной доске (атомном ядре, § 3.2, § 3.12), то механизм вылета из ядра электрон-позитронных пар напоминает игру "Чапаев", где удары чёрных шашек (электронов) выбивают с шахматной доски белые шашки (позитроны), вылетающие нередко парой, вместе с ударившими их чёрными.

То, что ядра содержат позитроны, а удары электронов выбивают их оттуда, подтверждено явлением β ⁺-распада и опытами Д. Скобельцына, в которых электрон-позитронные пары вылетали из ядер при облучении высокоэнергичными электронами [19, с. 326]. Если же энергия налетающего электрона или иной частицы (скажем, из космических лучей) — достаточно высока, то, при ударе о ядро, она может освободить до нескольких десятков электронов и позитронов. В этом случае, в камере Вильсона или на эмульсии видны "звёзды": из одной точки (ядра) исходят сразу сотни треков, — ядро как бы взрывается на сотни составлявших его элементарных зарядов (§ 3.9). Так же, и при облучении гамма-лучами с частотой f>>E _п/ hобразуются высокоэнергичные электроны, выбивающие из ядра сразу несколько электрон-позитронных пар. Понятно и то, почему число образуемых пар пропорционально квадрату заряда ядра Z ². Ведь, в ядрах с высоким Z— пропорционально Z ²увеличено число электронов, крутящихся в магнитном поле ядра — на соответствующих орбитах, с энергией порядка 1 МэВ. Значит, гамма-излучение в Z ²раз эффективней воздействует на вещество, вырывая эти электроны и, при ударе их о ядра, порождая больше электрон-позитронных пар.