«Эврика» 1962. НЕИЗБЕЖНОСТЬ СТРАННОГО МИРА

 

 

Частицы это волны

 

 

 

Теперь нужно совершить маленький подвиг воображения: представим себе, что пруд наш разросся в гигантский океан, так что от камня до берегов — 300 тысяч километров, а в океане этом пусть не будет никакой воды — пусть камень на удочке сам источает нечто волнообразно колеблющееся и это «нечто» спешит к берегам со скоростью света. Одно колебание в секунду — и одна волна докатывается за секунду до берега. Сто колебаний камня — и сто волн ударяют о беper в течение такого же секундного промежутка. А размах колебаний камея один и тот же, и поэтому сто волн приносят пропорционально больше энергии.

 

Как просто: энергию, переносимую нашим «нечто», что источает воображаемый камень — источник волн, можно определять по числу гребешков в океане! Довершим этот маленький мысленный подвиг — проследим за первой и второй секундными порциями колебаний. Первая дала всего одну волну, но «нечто», испущенное камнем, раскинулось на все пространство океана. Волна пронеслась пологая, неощутимая. А вторая порция породила сто волн, но и они распространили «нечто» на весь океан, ибо это «нечто» движется от камня в обоих случаях с одинаковой скоростью. И вот там, где была одна волна, теперь уместились сто. Каждая в сто раз короче, но потому и круче, выраженней, ощутимей.

 

И нельзя не заметить, что на создание ста волн камень должен был израсходовать больше своего «нечто», потому что, как и при одной волне, оно все равно за секунду покрыло весь океан. Не нужно быть женщиной, чтобы сразу понять: на гофрированную юбку уходит больше материала, чем на гладкую. И не надо быть строителем, чтобы сообразить: крыша из волнистой черепицы тяжелее, чем из плоской..,

 

Сто волн доставили к берегам больше израсходованного камнем «нечто» и вместе с тем больше потерянной камней энергии. Так, может быть, это «нечто» и энергия — просто одно и то же?

 

Так, колеблющийся электрон излучает в пространство электромагнитное поле. Что оно такое? Тоже «нечто»! Как о самом электричестве, об этом поле нам нечего больше сказать. Но нам всего важнее, что оно несет в себе энергию. Оно уносит энергию источника колебаний порциями. И теперь мы можем хотя бы отдаленно представить себе, как проявляется в этих порциях волновая природа излучения. Частотой колебаний электромагнитного поля или длиною электромагнитных волн отличаются одна от другой разные порции, или кванты, световой энергии.

 

Можно записать математическими значками эту закономерность, и мы увидим, как выглядит знаменитая формула Планка:

где h — всегда неизменная величина, «мировая постоянная», v — частота колебаний, Е — энергия кванта.

 

Эта формула столь же прекрасна в своей удивительной простоте, как закон Эйнштейна для связи энергии и массы частиц. Нет, она еще проще. И в ней, как мы увидим, уже исчезает различие между полем и веществом...

 

«Фотон фиолетового света в два раза больше красного фотона». Услышав такую фразу, мы теперь вряд ли будем рисовать себе более «пухлую»' фиолетовую корпускулу.

Как заманчиво было бы сравнить фотоны с плитками волнистой черепицы: все они одинаковы по размерам, но у фиолетовой плитки волнистость в два раза гуще, чем у красной, а стало быть, волны на ней в два раза короче, и материала пошло на нее в два раза больше, чем на красную соседку. Да вот несчастье — ничего нельзя сказать о геометрических размерах фотонов, и колеблется в них не сама энергия-мас- са, а напряженности (или силы) электрического и магнитного полей. Словом, угодить всем особенностям фотона в житейски понятном сравнении невозможно. Бесцельно искать для него механическую модель. Поиски обречены на неудачу!

 

Когда фотон взаимодействует с электроном и отдает ему свою энергию, ученые вспоминают бильярдные шарики — их столкновение.-И невольно создается впечатление, что частица света — действительно частица, и только частица! Масса у нее есть? Есть. Это масса ее энергии. Направление движения есть? Есть., Это направление луча. Что еще нужно?

 

Когда фотоны огибают препятствия, ученые вспоминают о волнах, И теперь создается впечатление, что свет — действительно волны, и только волны! Колебания определенной частоты в электромагнитном поле есть? Есть. Непрерывность поля налицо? Налицо. Что еще нужно?

 

Получается: в одних случаях — град, в других — ветерок. А на самом деле? Такой вопрос волей-неволей срывается с языка. Между тем он бессмыслен. Бессмыслен, ибо и то и другое имеет место на самом деле! Поведение фотонов как частиц — физическая реальность. Поведение фотонов как волн — такая же физическая реальность.

 

Даже у плитки с волнистой черепицей можно с легкостью обнаружить похожую двойственность свойств. Когда она падает с крыши и ударяет прохожего по голове, он ни в ^алей- шей степени не замечает ее волнистости, зато сполна ощущает ее массивность. Но когда мальчишка пробегает мимо потирающего затылок невезучего пешехода и босой ногой наступает на уцелевшую плитку, он не получает никакого представления об ее ^ассе, зато довольно болезненно чувствует ее волнистость. Какова же плитка на самом деле?

У фотона двойственная природа: он частица-волна!

Видите, история вовсе не вернулась «на круги своя». Световые корпускулы Ньютона сменились световыми волнами Гюйгенса, а затем пришли корпускулы-волны — «кентавры», как лет пятнадцать назад назвал их наш известный теоретик М. А. Марков. (Вспомнил о мифических полулюдях-полуживотных и западный философ-физик Ф. Франк).. Но и корпус- кулярность этих «кентавров» совсем не та, какой наделил Ньютон свои частицы, и волнообразносгь их совсем иного рода, чем думали прежде приверженцы волновой теории.

 

Представление о волнах-частицах или о частицах-волнах — завоевание физики XX века. И неисчислимы последствия этого странного представления. Они так неожиданны и так глубоки, что один из создателей науки о микромире — Луи де Бройль — назвал открытие двойственности волн-частиц «наиболее драматическим событием в современной микрофизике».

 

Если бы эти слова произнес писатель или историк, никто не удивился бы. Каждый только подумал бы, что говорить о физических идеях как о драматических событиях, пожалуй, не очень уместно; однако спорить тоже не стоит: известное дело — писатели любят выражать свои мысли красиво, а историки— патетически... Но тут о драматизме идей заговорил сам ученый! И мы еще не раз почувствуем его правоту.

 

А теперь надо вернуться к началу этих «путевых заметок», чтобы посмотреть наконец, как удается физикам сделать невидимое и неслышное явным.

 

 

К содержанию книги: Научно-художественная книга о физике и физиках

 

 Смотрите также:

  

Физика. энциклопедия по физике

Книга содержит сведения о жизни и деятельности ученых, внесших значительный вклад в развитие науки.
О физике

заниматься физикой как наукой или физикой, которая...

Эта книга адресована всем, кто интересуется физикой. В наше время знание основ физики необходимо каждому, чтобы иметь правильное представление об окружающем мире

Энциклопедический словарь

И старшего. Школьного возраста. 2-е издание исправленное и дополненное. В этой книге  Гиндикин С. Г. Рассказы о физиках и математиках

 

И. Г. Бехер. книга Бехера Подземная физика

В 1667 г. появилась книга И. Бехера «Подземная физика», в которой нашли отражение идеи автора о составных первоначалах сложных тел.

 

Последние добавления:

 

Право в медицине      Рыбаков. Русская история     Криминалист   ГПК РФ