12.7.Формирование современной естественно-научной картины мира. Корпускулярно-волновой дуализм материи

Я хотел, чтобы большинство из вас смогло оценить красоту нашего прекрасного мира и вместе с тем получить физическое представление о мире, которое, я думаю, составляет сейчас главную часть истинной культуры нашей эпохи.

А может быть, вы не только сумеете отдать должное этой культуре; не исключено, что и вас самих потянет подключиться к этому величайшему дерзанию, на которое когда-либо пускался человеческий ум.

Р. Фейнман

С двойственной природой света (корпускулярно-волновой дуализм света) учёные сталкивались давно. В ряде явлений свет вел себя как типичная волна со всеми присущими ей волновыми свойствами: дифракцией, интерференцией, дисперсией, поляризацией. Но некоторые явления удавалось объяснить, только предположив, что свет есть поток частиц. Это - тепловое излучение, внешний фотоэффект, эффект Комптона, давление света. И. Ньютон первым предложил считать свет потоком частиц (больших или маленьких), что представляется естественным, потому что мы вокруг себя наблюдаем макрообъекты. Изучая строение атома, можно предположить, что атом, ядро и весь мир состоит из частиц. По мере изучения природы непротиворечивым представляется и понятие волны. Разум не отвергает волновые представления, поскольку и волны можно наблюдать и воспринимать не-посредственно своими органами чувств. Сложнее воспринимать "ненаблюдаемые" объемы, в том числе элементарные микро-частицы и, в первую очередь, электрон.

Точной границы между частицей и микрочастицей (или между макро и микрообъектом) провести нельзя. Практика показала, что единственным способом отличить микрочастицу от макро-частицы является эксперимент, что нашло отражение и в определении понятия микрочастицы.

Микрочастица - это частица, подчиняющаяся законам квантовой физики, поведение которой законами классической физики описано быть не может.

Представление об электроне как о частице не позволяло описать все свойства атомов. Строение атома как совокупности классических частиц оказывалось слишком примитивным, теория Н. Бора и планетарная модель атома Резерфорда были хороши только для атома водорода. Французский физик Л. де Бройль предположил, что корпускулярно-волновой дуализм не является особенностью одних только оптических явлений, а является уни-версальным свойством всех материальных объектов.

В 1927 г. К. Дэвиссон и Л. Джермер наблюдали отраже-ние потока электронов от поверхности никеля. Оно было иден-тично дифракционной картине, возникающей при попадании волны на препятствие. Тогда же волновая природа электрона на-шла подтверждение в опытах Дж.Т. Томсона и П.С. Тартаков-ского. Они регистрировали дифракционную картину, получаю-щуюся при прохождении пучка электронов через металлическую (золотую) фольгу. На фотопластинке была зарегистрирована электронограмма золота, которая оказалась точной копией рент-генограммы алюминия, полученной при наблюдении дифракции фотонов (квантов света) на фольге из алюминия. О. Штерн пока-зал, что такие же дифракционные картины получаются и для атомных и молекулярных пучков.

Русские физики В.А. Фабрикант и Н.С. Сушкин постави-ли опыт по дифракции электронов, в котором интенсивность пучка была очень слабой. Промежуток времени между двумя по-следующими электронами был в 30000 раз больше, чем время прохождения одним электроном всего прибора. При достаточно большой экспозиции картина оказалась такой же. Волновые свойства оказались присущими как потоку, так и одиночному электрону.