Техника - молодёжи 1957-05, страница 35

обладает этим свойством. Электрон же (как и любая другая элементарная частица) обладает одновременно свойствами и корпускулярности и волны. В микромире такие дополнительные свойства, как корпускулярность и волны, прекрасно сосуществуют.

Обратимся снова к дифракционному опыту, но будем пропускать через тонкую пластинку не поток, а отдельные электроны один за другим. И мы получим нечто в высшей степени интересное. Электроны будут попадать на экран, установленный за пластинкой, как частицы (о чем будут свидетельствовать отдельные вспышки в различных местах экрана), а располагаться на экране они будут по закономерностям распространения волны: гуще там, где интенсивнее волна, реже там, где эта интенсивность меньше.

КВАНТОВАННОЕ ПОЛЕ

Трудно представить волновыми образами элементарную частицу, если ничего не говорить о среде, окружающей ее. Разве можно представить морскую волну оторвачно от моря? Поскольку имеются волны частиц, должна быть и соответствующая физическая, материальная среда, в которой эти волны могут существовать и распространяться.

В представлении современной физики «абсолютной» пустоты не существует и существовать не может. Все промежутки между вещественно-мате-риальнь/ми телами заполняет поле (или полевая материя), которое и обусловливает передачу взаимодействия отдельных тел. Пока мы знаем три разновидности такого поля: электромагнитное, гравитационное (поле тяготения) и ядерное. О природе этих полей, особенно последних двух, пока мы знаем не очень много, однако можем сказать, что материя поля выступает как непрерывная, физически совершенно реальная, сплошност-ная сущность единого материального мира.

Сейчас физики очень много работают над созданием новой — квантовой — теории этого поля. Элементарные частицы здесь осмысливаются как «квантованные поля». В этом определении всего удачнее раскрываются двойственные качества микрочастицы. Поле говорит о-» сплошности, о среде; кван-тованность, или порционность, — об индивидуальности частицы.

Связанные же между собою органическим единством, оба неотъемлемых качества микрочастицы по-новому, еще глубже раскрывают физический смысл целостности материального мира.

Из анализа природы «волночастицы» вытекает одно чрезвычайно важное и интересное следствие.

Когда мы имеем дело с объектом классической механики — частицей, — мы можем, по меньшей мере теоретически, с абсолютной точностью задать закон ее движения. Чтобы это сделать, достаточно знать две величины: местоположение частицы в пространстве и ее импульс. Абсолютная точность в установлении закона движения математически может быть записана в виде равенства нулю: как ошибки в определении местоположения частицы, так и ошибки в определении ее импульса.

В Микромире невозможно одновременно узнать и положение частицы и ее импульс.

Совсем' иное в квантовой механике, где объектом является не крупное тело, а «волночастица», квантованное поле. В этом случае, как показал В. Гейзенберг, нельзя одновременно с абсолютной точностью определить

К микрочастице неприменимо понятие физического состояния в классическом смысле. Нельзя, например, измерить температуру микрочастицы.

и местоположение частицы и ее импульс. Иначе говоря, в этом случае обе ошибки не могут быть одновременно равны нулю. Оказалось, что про-\ изведение этих двух ошибок грубо рав-\ но «постоянной Планка».

°_Места X 0_ИМП.^h

Можно с абсолютной точностью узнать что-нибудь одно: или положение частицы или ее импульс. Но тогда другое, как видно из соотношения, станет бесконечно большим.

Это и есть наделавшее довольно много шума, а еще больше неправильных, идеалистических толкований соотношение, установленное В. Гейэен-бергом в 1927 году и получившее не совсем удачное название «соотношение неопределенностей».

Неудачность этого .названия в том, что оно оценивает явления одного класса с точки зрения явлений совершенно другого класса. Если бы в этом соотношении шла речь о частицах, которые

по самой своей природе должны быть строго установлены в пространстве и во времени, — да, тогда отклонения этих частиц от закономерных траекторий говорили бы действительно о наличии каких-то Неопределенностей. Но в данном случае речь идет не о частицах, а о квантованных полях, имеющих совсем иную природу и подчиненных своим особым квантовомеханическим законам, в рамках которых эти поля, или частицы, ведут себя вполне определенно. О каких же «неопределенностях» в таком случае здесь может идти речь!

«СВОЕНРАВНАЯ» ЧАСТИЦА

О ткрытие двойственности элементарных частиц и неопределенностей в их «поведении» произвело огромное впечатление. Ничего подобного не встречалось в повседневной практике. С изумлением увидели люди в микромире материальные тела, ведущие себя «своенравно», подчиняясь неведомым до тех пор законам. Казалось, здесь были не простейшие частицы материи, а какие-то очень маленькие «живые существа».

Все было до того удивительно и непонятно, что нашлись лгёди (в том числе и ряд философов и публицистов), которые стали уверять серьезно, что электроны «имеют душу», «свободу воли», что в них есть нечто «родням щее» их с живыми организмами и т. д.

Конечно, это сущая чепуха. Жизнь — свойство самой высокоорганизованной материи, 'здесь же речь идет о простейших элементах.

Но какой-то иной, неизвестный классической физике вид причинности, определяющей события в микромире, бесспорно существует. Иначе говоря, изучение явлений в микромире привело к открытию существования двух форм причинностей: классической, или механической, которой управляются движения крупных тел, и немеханической, или «статистической», управляющей движением элементарных частиц.

Классическая физика построена на предположении; что мы знаем все о силах, прилагаемых к рассматриваемой нами системе тел. Только в этом случае мы можем предсказать поведение системы в каждой точке через тот или иной промежуток времени. Хороший пример — предсказание астрономами расположения планет в определенный будущий момент времени. Но вот представьте себе, что из бездонных глубин космоса в солнечную систему ворвется какое-то новое небесное тело. Оно тотчас нарушит всю тысячелетиями установленную гармонию ' и приведет систему к неожиданному, непредска-занному состоянию.

Как видно из примера, первым условием возможности предсказания события, то есть действия механической причинности, является отсутствие непредусмотренных взаимодействий рассматриваемой системы

При уменьшении интенсивности света наблюдатель от* мечает пропуски вспышек, видимых через отверстие в дисках. Это свидетельствует о неравномерности, то есть о прерывистости света.

31