Техника - молодёжи 1992-05-07, страница 29

ваться не количества попаданий микрочастиц в точки фотопластинки, определяемые картинами 1 и 2, а амплитуды вероятности, что и описывается квантовой механикой.

Правда, мы не учли, что частицы могут взаимодействовать друг с другом. Поэтому итоговую картину 3 нельзя рассматривать как простую суперпозицию картин I и 2. Но и этот аргумент снимается, ибо результат не меняется при пропускании через экран одиночных частиц, вылетающих из источника с очень большим временным интервалом.

Попробуем лучше разобраться в наших рассуждениях. Какие постулаты мы неявно вводили, пытаясь логически ос-

Рис. 1. Прохождение микрочастиц 2, вылетающих из источника 1, через экран с двумя щелями 3. /1 (х). h (х) — распределение микрочастиц на фотопластинке 4 при откры тии только одной из двух щелей h (х) — их распределение при открытии обеих щелей.

мыслить дифракцию частиц? Их немного: 1) частицы являются практически точечными; 2) каждая частица может проходить только через одну из шелей.

В первом постулате вроде нет причин сомневаться. Тем более что тому имеются экспериментальные подтверждения. Остается сделать вывод: точечная частица проходит через две щели одновременно. Но это уж совершеннейшая бессмыслица! Становится понятным, почему восторжествовала позиция копенгагенской школы — другого выхода просто не было.

Обратимся к простейшей частице — электрону. Его поведение описывается уравнениями Дирака, учитывающими и спин электрона, и требования теории относительности. Эти уравнения являются общепризнанным фундаментом квантовой теории. Но вот новый парадокс: одним из немногих, кто сомневался в них. был сам Дирак.

Рис. 2. Модель прохождения микрочастицы 2 от источника 1 через экран с двумя щелями 3 к фотопластинке 4. Стрелками указаны направления перемещения частицы.

Неприятной особенностью этих уравнений является отсутствие стационарного решения для свободного электрона. Точнее, оно есть — это обычная плоская волна. Но такое решение неудовлетворительно, так как волна не затухает на большом удалении от электрона. Единственно возможным вариантом оказывается волновой пакет, у которого нет строго определенной энергии и который к тому же расплывается.

Чтобы преодолеть этот дефект уравнений, делались попытки их уточнения с помощью нелинейных добавок. Данная концепция, восходящая еще к Эйнштейну, преследует цель найти так называемые солитонные решения— локализованные волновые решения нелинейных уравнений, которые можно было бы рассматривать как модель элементарной частицы.

ос

1 * ч

Рис. 2

Однако и это многообещающее направление сопряжено с нелегкими проблемами. Например, принято считать, что волновые функции элементарных частиц определены на всем пространстве. Они обычно затухают на значительных расстояниях, но все же не равны нулю Это значит, что есть (пусть и совершенно ничтожный) шанс, что электрон, находившийся только что на Земле, в тот же момент обнаружится и на Марсе. Не говорит ли и это о неполноте квантовой механики?

Посмотрим, к чему мы придем, если слишком буквально отнесемся к кван-

тово-механическим чудесам. Тогда нам окажется по плечу решить загадку всех времен и народов — где же обитает бог? Ответ, которым мы рискнем поразить читателя, поистине удивителен: в электроне! Ведь эта простейшая частица обладает всеми его атрибутами — она везде и нигде, конечна и бесконечна, едина в нескольких лицах, неисчерпаема и непостижима. Невольно вспоминается библейская заповедь — не согвори себе кумира. И это — про электрон, искать образ которого, согласно научному канону, бессмысленно и предосудительно.

И все же попытки сделать микромир наглядным, несмотря, ни на что, продолжаются. Пусть пока они робки, пусть их встречают в штыки, но, думаю, за ними будущее.

Вернемся к принципиальной проблеме квантового дуализма «волна — частица» — к дифракции микрочастиц на экране с двумя щелями (рис. 1.). Напомню, чго логический анализ привел нас к выводу, что микрочастицы каким-то чудесным способом проходят через две щели одновременно. Как это возможно? Попробуем проанализировать два варианта.

Вариант 1.

Частица, ударясь об экран, дробится на две, каждая из которых проходит через свою щель, после чего пол действием неизвестных сил две половинки снова соединяются в одну.

Этот вариант имеет крайне мало шансов на выживание, так как половину элементарной частицы никто еще не наблюдал, а в данном случае ее вполне можно было бы зафиксировать.

Вариант 2.

Частица, ударясь об экран, начинает расплываться, причем одна ее половина движется к первой щели, а другая — ко второй. Дойдя до отверстий, вещество частицы начинает накапливаться там, в ре ^ультате чего возникае г струна (рис. 2). Практически вся масса частицы будет сконцентрирована на концах этой струны — в щелях. Эти концы будут соединены тончайшей нитью, голшина которой будет становиться все меньше и меньше. Став чрезвычайно гонкой, «нить» сможет просочиться через экран в силу его дискретной структуры. Пройдя экран, вещество на концах струны начнет распределяться вдоль нее. В результате будем иметь две различные фазы волны, соответствующие веществу частицы из первой и второй щелей, что и обусловит наблюдаемую на фотопластинке интерференцию двух волн — как раз с этой же разностью фаз.

Должен признаться, что столь экзотический вариант кажется мне вполне правдоподобным. Может быть, вам, читатель, удастся его опровергнуть? Или найдется новая идея, которая вам понравится?

Отмахиваться от проблем постижения сущности элементарной частицы — вряд ли самый достойный путь. Как знать, не был ли прав Эйнштейн в споре с Бором? Надо надеяться, что будущее расставит все по своим местам.

1/1/и

Рис. 1

27