школы, ядром которой был Н. Бор, придал огранку тем драгоценным идеям, которые рождались в обсуждениях этих идей на её семинарах, а также помог сформулировать целостные и стройные основы мировоззрения новой науки.

Себя Л.Д. Ландау скромно относил сперва ко второму, а позднее — к полуторному классу.

Фотографии героев революции в физике XX века скопированы из Википедии. Автор отобрал не общеизвестные портреты этих людей, лауреатов Нобелевской премии, членов множества академий, уже достигших солидного возраста, а, по возможности, те фото (возможно, не самого лучшего качества), на которых герои изображены молодыми. Когда они совершали свои открытия, многим из них было от 20 до 30 лет. Есть над чем задуматься, не правда ли?

1.4.2. Корпускулярно – волновой дуализм

Итак, многие наблюдаемые факты, необъяснимые с позиций классической физики (см. п. 1.1) — фотоэффект, эффект Комптона, дифракция электронов при их прохождении через тонкие пластины твёрдых веществ (т.е. на кристаллических решётках), удаётся объяснить вполне естественным образом. Надо только сделать два утверждения — с точки зрения классической физики совершенно абсурдные.

А. Поле (в частности, электромагнитное), с классической точки зрения представляющее собой распределённый в пространстве и во

59

времени волновой процесс, который характеризуется длиной волны

λ, линейной частотой ν (или периодом Т = 1/ν) и скоростью распространения c = cs = sλν, где s — единичный вектор в направлении распространения волны, а

— абсолютная величина скорости (для электромагнитного поля — скорость света), состоит из движущихся со скоростью света частиц, которые обладают энергией

и импульсом

в соответствии с формулами Эйнштейна (1.4.8) и (1.4.10).

Б. Частица вещества (корпускула), обладающая импульсом p = ps, вместе с тем ведёт себя как волна, которая обладает длиной волны де Бройля (1.4.11)

60

частотой cp/h (в данном случае c — скорость корпускулы, а не света!) и распространяется в пространстве с волновым вектором

Из сказанного следует, что понятия «частица вещества (корпускула)» и «волна», полярно противоположные, как «вещество» и «поле», суть лишь атрибуты классической картины мира. В действительности природа едина, и реальный материальный объект, который в одних условиях воспринимается нами как «корпускула», в других условиях, т.е. как бы повернувшись к нам другой своей стороной, демонстрирует нам свои волновые свойства.

Условия эти можно сформулировать таким же образом, как в оптике.

Если длина волны λ мала по сравнению с характерным геометрическим масштабом L системы, в которой находится микрообъект или распространяется свет,

то распространение света описывается законами геометрической оптики, а микрообъект ведёт себя как корпускула.

Напротив, если имеет место условие, обратное (1.4.18),

61

то распространение света описывается законами волновой оптики, а микрообъект ведёт себя как волна.

Возникает, однако, соблазн попытаться объяснить наличие волновых свойств частиц–корпускул и корпускулярных свойств волн, не выходя за рамки классической физики. Разве, скажет скептик, классическая гидродинамика (а также акустика, оптика) не даёт нам подобные примеры?

Хорошо известно явление распространения в сплошных средах так называемых уединённых волн или солитонов. Наполните барабан с небольшим отверстием в боковой поверхности дымом и ударьте по мембране. Из отверстия «выскочит» дымовой солитон (т.е. тот же воздух, только содержащий окрашивающие его примеси твёрдых частиц) и начнёт двигаться в окружающем воздухе по прямолинейной траектории, как свободная корпускула. (Некоторые курильщики умеют подобным же образом выпускать изо рта колечки дыма). Если на пути солитона попадётся лёгкий предмет, произойдёт столкновение: солитон собьёт предмет и будет двигаться дальше, несколько изменив направление. Но если на пути солитона встретится препятствие, солитон обогнёт его, как волна, т.е. произойдёт дифракция. Вот вам и корпускулярно – волновой дуализм!

Так вот: будем считать, что корпускул вообще не существует, а все частицы — это уединённые волны. Ну, а поле — это распределённые волны. И получим вполне адекватную картину

62

мира. Материя состоит из волн, и не надо никакой квантовой физики.

(Это рассуждение автор слышал от замечательного физика – экспериментатора, блестяще образованного и увлечённого наукой человека, профессора Д.Л. Тимрота).

К сожалению, всё гораздо сложнее: в действительности микрообъект — это и не корпускула, и не волна, а некая сущность, которая вообще не может быть описана на «человеческом» языке классической физики.

Чтобы это пояснить, вернёмся к опыту по изучению дифракции микрочастиц (неважно, электронов или фотонов) — см. пункты 8 и 9 п/п. 1.1.6.

Уже одно то, что одиночные микрообъекты, проходя через щель (отверстие) в экране, «знают», в какие места детектора попадать предпочтительно, а в какие — нежелательно, вызывает недоумение. Если микрообъект — волна, то каждый из прошедших через щель микрообъектов должен был бы создавать на детекторе пусть слабую, но дифракционную картину. Но микрообъект оставляет точечный след на детекторе, что, несомненно, свидетельствует о том, что он — частица (корпускула). А если это так, то откуда корпускула, проходящая через щель, «знает», какова её ширина, в соответствии с которой должен сформироваться вид дифракционной картины на детекторе?

Ещё более парадоксальные результаты увидим, усложнив схему опыта. Поставим на пути микрообъектов к детектору,

63

регистрирующему попадания частиц, не одну, а две одинаковые щели.

Какую картину зафиксирует детектор? В простейшем случае — наложение одинаковых, но смещённых друг относительно друга картин, возникших в результате дифракции одних частиц на одной щели, других — на другой.

Однако если расстояние между щелями сделать по порядку величины таким же, что и ширина каждой из щелей, то возникнет не сложение отдельных картин, а новая картина, соответствующая интерференции «волн», прошедших через щели. Эта картина не изменится, если её формирует не пучок частиц, а отдельные частицы, последовательно, по одиночке проходящие в течение достаточно длительного времени экран с двумя щелями и попадающие на экран (см. пункт 9 п/п. 1.1.6).

Но для того, чтобы «знать», в какие места детектора надо попадать, а в какие — не надо, чтобы в итоге на детекторе получилось требуемое чередование светлых и тёмных интерференционных полос, микрообъект

•либо должен пройти через обе щели сразу, для чего перед экраном «разделиться» на две части, а затем сразу же опять «слиться», чтобы попасть на детектор как единое целое;

•либо, проходя через одну из щелей, «увидеть», что имеется другая щель, в соответствии с положением которой ему надо двигаться к экрану, и скорректировать направление своего движения.

Оба предположения совершенно нелепы.

64