Техника - молодёжи 2001-12, страница 15
СМЕЛЫЕ ГИПОТЕЗЫ «РАЗУМЕН» ЛИ ЭЛЕКТРОН? Согласно классическим представлениям квантовой механики, электрон, движущийся равномерно и прямолинейно со скоростью V<C и пролетающий через неподвижную диафрагму, испытывает дифракцию, как и свет, поскольку соответствующая ему длина волны де Бройля равна X = h/mV. Поэтому на фотопластинке, помещенной за диафрагмой, он может оставить след не только ее центре О, но и в точках Oi или Ог (см. рисунок). Но этот же опыт можно поставить иначе: электрон неподвижен, а навстречу ему с той же скоростью V движется диафрагма и жестко связанная с ней фотопластинка. Согласно принципу относительности, результат любого физического опыта не может зависеть от выбора системы отсчета, и поэтому дифракция электрона должна наблюдаться и в этом случае. Однако поскольку электрон неподвижен, соответствующая ему длина волны де Бройля бесконечно велика, никакая дифракция происходить не может, и электрон должен вести себя не как волна, а как частица. Спрашивается: каким таким образом электрон «узнает» о величине своей скорости относительно диафрагмы и пластинки и ведет себя все же как волна? И при каких условиях он станет вести себя как частица? Рассмотрим такой хрестоматийный пример. В атоме водорода электрон может находиться в одном из состояний со строго определенной энергией, причем каждому из этих состояний соответствует определенная длина волны де Бройля. Вообще говоря, число возможных энергетических состояний электрона в атоме водорода должно быть бесконечно велико, но электрон как бы сознательно выбирает такие состояния, когда длина волны де Бройля целое число раз укладывается в пространстве вокруг протона. Итак, в случае атома водорода вопрос о том, каким образом электрон «узнает» скорость своего движения, определяющую его энергию, распадается на два. Во-первых, как он «узнает», что должен остановиться при переходе из одного энергетического состояния в другое и, во-вторых, каким образом он «узнает», е>
что именно в этом состоянии соответствующая ему длина волны де Бройля укладывается в пространстве вокруг ядра целое число раз? Все это позволяет говорить о том, что электрон должен обладать неким подобием «разума». Действительно, ему нужно помнить все возможные значения длин волн де Бройля, нужны некие «органы чувств», позволяющие определять скорость и положение в пространстве, а также аппарат сравнения текущих координат и скоростей с имеющимися в его «памяти». То есть все эти признаки, свойственные разумному существу, нужны электрону для того, чтобы он вел себя в соответствии с законами квантовой механики. Если «разумность» электрона связана с наличием у него волновых свойств, то потеря у электрона этих свойств и «разума» должна происходить в том случае, если длина его волны де Бройля равна нулю. В соответствии со специальной теорией относительности, длина волны де Бройля определяется так: >. - h\ 1-V2/C2 /тV, где С — скорость света. В вакууме скорость частицы не может превышать скорости света, но в какой-либо материальной среде это условие вполне выполнимо. В результате длина волны де Бройля становится равной нулю или даже делается мнимой величиной, и электрон теряет «разум», начинает вести себя как обычная частица. Это явление известно под названием эффекта Вавилова — Черенкова. ■ Владимир БЕЛОВ, г.Симферополь инженера согина В СТАТЬЕ «НЕИССЯКАЕМЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ», опубликованной в «ТМ» № 2 за 2000 г., инженер Борис СОТИН обратил внимание читателей на некоторые интересные особенности движения тел в поле центральной силы (например, силы тяготения Земли или хотя бы силы, удерживающей на шнурке вращающийся грузик). Смысл рассуждений автора сводится примерно к следующему. Сначала он совершенно справедливо указывает на то, что работа, совершаемая силой F на пути S равна FScosa, где a — угол между F и S Поскольку вращающееся тело движется по касательной, то угол и прямой, его косинус равен нулю и, следовательно, нулю равна и работа, совершаемая центральной силой. Но затем Сотин утверждает, что так как сила F непрерывно отклоняет движущееся тело в сторону центра, искривляет его траекторию, превращая ее из прямолинейной в круговую, то угол а следует считать равным нулю, а его косинус — единице Из этого и делает вывод, будто центростремительная сила непрерывно совершает работу, черпая энергию из какого-то неизвестного источника. В действительности же дело обстоит наоборот: энергию необходимо затрачивать только для того, чтобы в поле действия центральной силы заставить тело двигаться по и я !е D прямой. Так, искусственный спутник Земли может неопределенно долго летать по круговой орбите, не требуя затраты энергии, но для того, чтобы изменить его траекторию, ему необходимо сообщить дополнительный импульс за счет энергии топлива. С.Л0БЗИН, инженер ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ РАБОТЫ А, совершаемой центральной силой, Б.Сотин предложил формулу А = 2nFR(\ 1 + <р2- 1)/<р, где R — радиус окружности, по которой движется тело, аф — угол, на который тело отклонилось от первоначального положения. Приняв этот угол равным одному градусу, автор получил, что для перемещения по круговой орбите с R = 1 м грузика массой 0,2 кГ со скоростью 6 м/с требуется затратить энергию, равную 0,4 Дж. А если брать все меньшие и меньшие углы? Легко вычислить, что при <р —> 0 предел функции (\ 1 + ф2- 1 )/ф равен нулю А сколько нулей ни складывай, все равно получишь нуль! И.АНТОНОВ, физик, г.Красноярск ОТ РЕДАКЦИИ. Авторы откликов на статью «Неисчерпаемый источник энергии» формально совершенно правы в своих рассуждениях. Но инженер Борис СОТИН затронул (хотя, быть может, и не очень корректно) иную, весьма глубокую проблему, еще не ре шенную современной наукой А именно: в х чем заключается ПРИЧИНА возникновения сил физических взаимодействий? Не только КАК, но и ПОЧЕМУ эти силы существуют и действуют даже на расстоянии? Ведь из по О вседневной практики мы прекрасно знаем: чтобы создать силу, способную приводить в движение, скажем, автомобиль, нужно за трачивать горючее. Но почему считаем, что сила тяготения Земли или силы, препятствующие разрыву шнурка, существуют просто как бы сами по себе, без всякой на то причи » ны? Ведь, строго говоря, явление, не имею- ^ щее причины, следует называть чудом = Проблему происхождения сил физических взаимодействий активно обсуждали многие выдающиеся ученые конца XIX в. (среди них достаточно упомянуть хотя бы имя Генриха Герца). Но ею перестали интересоваться в силу исторических причин — в XX в. внимание ученых было приковано к исследованиям в области квантовой механики и теории относительности. И только теперь эта проблема вновь стала актуальной в связи с изучени ем свойств физического вакуума. ■ ПОПРАВКА. По техническим причинам в ста тье Евгения Барковского «По закону сохранения энергии» («ТМ», № 10 за этот год) допущены опечатки. На с.56 в 1 м абзаце средней колонки следует читать: «.. наша планета приблизилась к Солнцу на 20 млн км... Количество получаемой Землей солнечной энергии при этом выросло на 30%» ■ 4 Техника — молодежи № 12 ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 12 2001 |
