Ср. Июн 5th, 2024

Вероятно, постоянное противопоставление волн частицам придало характер парадокса вопросу, который неизбежно должен был возникнуть: что же такое свет и вещество — частицы или волны? К двадцатым годам нашего века стало очевидным, что существуют две области явлений, в одной из которых свет и вещество ведут себя как волны, а в другой — как частицы. Поскольку волны и частицы всегда считались совершенно различными объектами, казалось странным, что могут существовать вещи, обладающие как свойствами волн, так и свойствами частиц. Мнение о существовании подобного парадокса стало довольно распространенным и подогревается время от времени некоторыми книгами, в которых сказано, что при одних обстоятельствах «свет есть частица», а при других — что «свет есть волна», как будто эти два свойства, противоречивые с точки зрения человеческого разума, являются разделенными каким-то загадочным и необъяснимым образом в самих явлениях природы.

С точки зрения квантовой теории свет или материя, фотоны или электроны не являются ни волнами, ни частицами, ни тем и другим вместе взятыми. Математические образы, которые соответствуют этим физическим объектам, должны содержать определенную тонкую комбинацию некоторых свойств как волн, так и частиц. Никто не ожидает, что свет окажется сходным с теннисными мячами, хотя бы и существенно уменьшенными в размерах, что электрон окажется маленьким шариком для игры в гольф либо что свет будет подобен водяным волнам в какой-то невидимой среде. Классическая частица чрезвычайно наглядна, так как она является идеализацией тех объектов, которые мы непосредственно наблюдаем в макроскопических масштабах. Мы всегда представляем частицы в виде каких-то бильярдных шаров (хотя бы и уменьшенных в размерах). Такие частицы обладают массой и определенным положением в пространстве. Им можно приписать определенную скорость. Что касается волн, то мы представляем их обычно в виде воли на натянутой пружине или на поверхности воды. У них есть горбы и впадины; эти горбы и впадины могут складываться, возможно явление интерференции. Тем не менее нет никаких оснований ожидать, что все явления природы, даже микроскопические явления, недоступные для наших прямых наблюдений, могут быть описаны с помощью математических объектов, обладающих точно такими же свойствами, как и макроскопические объекты, окружающие нас. Утверждение, что свойства математических объектов, описывающих микроскопические или субмикроскопические явления, могут не иметь аналогов в макроскопическом мире, является, по крайней мере логически, непротиворечивым.

В этом состоит одна из трудностей наглядного толкования квантовой физики. Не существует макроскопических аналогов таких понятий, как волновая функция, вероятностная интерпретация и т, д. С логической точки зрения хорошо, даже прекрасно, что нам удалось совершить какие-то открытия в мире, для описания которого требуется введение объектов, неизвестных в нашей обыденной практике, что нам удалось раскрыть природу атомных явлений и создать теорию, описывающую эти явления, хотя сама теория и оказалась абсолютно непохожей по форме и содержанию ни на одну из макроскопических теорий. Но именно поэтому так трудно наглядно интерпретировать квантовую физику. И именно это лежит в основе так называемого «дуализма волна — частица». Ибо проблема состоит в следующем: можно ли построить такой объект, который иногда вел бы себя, как волна, а иногда—как частица? Если да, то можно ли включить этот объект в логически согласованную теорию? И можно ли дать логически согласованную и непротиворечивую интерпретацию этой теории? Квантовая теория содержит такой объект (волновая функция) и такую интерпретацию (вероятностная интерпретация). Возможно, что эта теория и выглядит странной, однако было бы гораздо удивительнее, если бы тело с массой 10-27 г вело бы себя точно так же, как, скажем, планета.

Если задуматься над вопросом, в каком смысле электроны ведут себя как частицы, то мы обнаружим, что такое поведение электронов проявляется лишь в одном: они наблюдаются в виде дискретных порций. Их массы и заряды всегда сохраняют целостность. Никому еще не удавалось разделить электрон, расщепить его массу или заряд на две части. Когда же мы думаем о дискретном объекте, нам проще всего представлять его в виде, например, маленького бильярдного шара, но при этом мы непроизвольно приписываем этому объекту и другие свойства бильярдных шаров. Если мы стоим на точке зрения Ньютона, то мы пытаемся описать движение дискретного объекта с помощью ньютоновских законов. Именно такими были рассуждения, выдвинутые при создании моделей атома Томсона, Резерфорда и Бора, ибо считалось, что если поведение электрона характеризуется некоторыми из свойств маленьких частиц, то этот электрон обладает и остальными свойствами таких частиц, хотя они и не наблюдаются на опыте.

Таким образом, первые попытки теоретически описать поведении электрона существенно опирались на предположение, что электрон является ньютоновской частицей микроскопических размеров. Хотя такое предположение и выглядит вполне разумным (мы всегда отправляемся от простейшего), очевидно тем не менее, что между частицей, которой является электрон, и частицами, которые мы наблюдаем в обычной жизни (например, бильярдными шарами), имеются существенные различия.

После введения понятия волны де Бройля и интерпретации ее Борном электрон остался дискретным объектом, переносящим свои заряд и массу и виде неделимых порций, но он стал таким объектом, который не подчиняется законам движения Ньютона. Этот объект характеризуется связанной с ним волной, квадрат амплитуды которой описывает вероятность нахождения объекта в заданной точке пространства и в заданный момент времени. Таким образом, если электрон проходит через узкую щель, то он не проследует по ньютоновской траектории, а образует дифракционную картину, какую образовывал бы свет такой же длины волны. Однако приход отдельного электрона на экран для наблюдений или в детектор сопровождается свечением экрана в определенной точке, а масса и заряд всегда оказываются равными массе и заряду электрона. Вероятность же попадания электрона в ту или иную точку экрана определяется квадратом волновой функции, которая, подобно световой волне, способна расходиться и дифрагировать. Типично дифракционная картина возникает на экране лишь тогда, когда через щель проходит большое количество электронов. Таким образом, электрон — это частица, если речь идет о дискретности, но волна по характеру движения. Заслуга квантовой физики состоит в том, что ей удалось создать такой объект, в котором искусно и непротиворечиво комбинируются оба эти свойства.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO