Техника - молодёжи 1965-05, страница 18

СОСУЩЕСТВОВАНИЕ ФОТОНОВ И В О Л Н В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ИЗЛУЧЕНИИ

Лум де БРОЙЛЬ (непременный секретарь Французской академии наук, иностранный член АН СССР] и Жорж ЛОШАК

Рис. Ю. Макаренко

Мы продолжаем публикацию статей, написанных специально для нашего журнала крупнейшими учеными мира. В этом номере выступают знаменитый французский физик, лауреат Нобелевской премии Луи де БРОЙЛЬ и его ближайший сотрудник Жорж ЛОШАК.

В статье дается элементарное изложение так называемой теории двойного решения, положенной де Бройлем в основу своего оригинального истолкования квантовой механики. Целью этой теории, по словам авторов статьи, является замена вероятностных представлений^ которые используются существующими концепциями, другими, более ясными, что, по их мнению, должно привести в конце концов к более глубокому познанию мира.

В настоящее время большинство физиков придерживаются общепринятой вероятностной модели, предложенной немецким теоретиком Максом Борном.

Открытие сосуществования

ввлн и частиц

Втом же 1905 году, когда двадцатипятилетний Альберт Эйнштейн закладывал фундамент теории относительности, он совершил подлинную революцию в наших взглядах на природу света. Со времени Огю-стена Френеля представлялось очевидным, что свет представляет собою волны, электромагнитный характер которых был установлен Джемсом Клерком Максвеллом. Все же А. Эйнштейн предположил, что свет существует также и в виде частиц (небольших областей высокой концентрации энергии). Он их назвал «квантами» (или порциями) света, а в настоящее время мы их называем «фотонами». Вдохновила А. Эйнштейна на эту гипотезу теория квантов, разработанная всего лишь за пять лет до этого Максом Планком. С ее помощью он в нескольких строчках смог объяснить совершенно непонятный в то время фотоэлектрический эффект. Он допустил, что световая волна с частотой у переносит квант света, энергия которого равна hv, где h —- известная постоянная Планка.

Но, .несмотря на этот грандиозный успех, концепция Эйнштейна натолкнулась на большие трудности, так как она оказалась бессильной объяснить явления интерференции и дифракции света, -на которые в основном опирается волновая теория света. Для последующего интересно отметить, что уже тогда А. Эйнштейн поставил следующий вопрос: а нельзя ли считать световые волны очень слабыми, необнаруживаемыми из-за того, что они переносят ничтожно малое количество энергии? Поэтому он предложил назвать их «волнами-призраками» и считать, что их роль сводится к переносу фотонов и управлению движением фотонов. Результатом этого управления является распределение фотонов в пространстве, которое восприни

мается нами в виде явлений интерференции и дифракции.

Примерно через двадцать лет, в 1923— 1924 годах, в своих статьях, опубликованных в докладах Парижской академии наук и позднее в докторской диссертации, один из авторов этой статьи (Луи де Бройль) предположил, что сосуществование волн и частиц, допущенное А. Эйнштейном для света, следует распространить на все известные частицы. Это позволило ему объяснить существование квантовых состояний атомов, общепринятое после триумфа теории строения атома, разработанной в 1913 году Нильсом Бором. Для этого было достаточно считать, что движение электрона сопровождается распространением волны. Эта концепция совместного существования волн и частиц была развита в 1926 году Э. Шредингером, который написал для волны, связанной с электроном, уравнение, носящее теперь его имя, и вывел из него важные следствия. Далее концепция была подтверждена открытием явления дифракции электронов на кристаллах (К. Дэ-виссон и Л. Джермер, Томсон, Понт, 1927). В 1926—1927 годах Луи де Бройль, опираясь опять же на эту концепцию, пришел к некоторой теории, которую он назвал «теорией двойного решения» и изложил в статье, опубликованной в июне 1927 года в «Журналь де физик». Обобщая в конечном счете выдвинутую Эйнштейном концепцию «волны-призрака», теория двойного решения предполагала, что частица представляет собою малую область, в которой содержится большое количество энергии; с математической точки зрения это означает, что частица будет описываться функцией, достигающей в одной области значений аргумента очень большой величины. Такая область является как бы особенностью волны, и волна должна вести, направлять эту особенность так, чтобы вероятность присутствия частицы в некоторой точке в некоторый момент времени соответствовала бы распределению интенсивности в явлениях интерференции и дифракции как частиц вещества — электронов, так и частиц энергии — фотонов.

Мы здесь не будем говорить еще раз, ибо неоднократно писали ранее о том, как предложенный набросок этой теории был отброшен после дискуссии, разгоревшейся на Сольвеевском конгрессе 1927 года, в пользу статистического истолкования, предложенного Максом Борном и развитого впоследствии в «теории дополнительности» Нильсом Бором и его последователями, в частности Вернером Гейзенбергом, с именем которого связаны известные соотношения неопределенности. Известно, что, не имея возможности развить в удовлетворительной форме теорию двойного решения, автор последней присоединился тогда к статистическому истолкованию. Известно также, что начиная с 1951— 1952 годов автор опять вернулся к своим первоначальным представлениям и пришел к выводу о том, что только они могут дать точный образ физической действительности.

Конечно, не следует отрицать ценность предсказаний, сделанных с помощью логически стройных теорий, известных под названиями «квантовой механики» и «квантовой теории поля», однако мы разделяем точку зрения

14