Баллистическая



жүктеу 8.2 Mb.
бет71/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   67   68   69   70   71   72   73   74   ...   99

Волновые свойства частиц

Его богатое воображение, его оптимистическая готовность овладеть проблемой, не затруднённые слишком критическим подходом, были бы здесь весьма уместны.



А. Зоммерфельд по поводу ранней кончины В. Ритца [50]
Вальтер Ритц, подобно Шерлоку Холмсу, был непревзойдённым мастером по простому рациональному объяснению на первый взгляд сверхъестественных явлений и необъяснимых фактов, бывших не по зубам представителям официальных органов. Так, Ритц классически объяснил результат опыта Майкельсона, спектры атомов, излучение чёрного тела. И в объяснении волновых свойств частиц, пожалуй, именно Ритц, которому было всё по плечу, благодаря его оптимизму и смелому воображению, предложил бы разгадку. Однажды он уже сделал это, объяснив на базе корпускулярной теории истечения света и БТР волновые свойства света, переносимого частицами (реонами). Несомненно, Ритц предложил бы разумное наглядное классическое объяснение и волновым свойствам всех прочих частиц.

Так, волновые свойства обнаружены не только у электронов, но и у других частиц - нейтронов, атомов и молекул. Но совершенно так же, как и в случае реонов и электронов, эти опыты можно объяснить классически, не прибегая к гипотезе корпускулярно-волнового дуализма, а продолжая считать частицы простыми телами, корпускулами.



Рис. 166. Схема работы селектора скоростей, пропускающего молекулы со скоростями V=d/t.

Рассмотрим, например, дифракцию молекулярных пучков на поверхности кристалла. Сначала прибор, называемый селектором скоростей и представляющий собой два вращающихся диска с прорезями [134], выделяет из пучка частицы, обладающие заданной скоростью и соответствующей длиной волны де Бройля (Рис. 166). Этот пучок падает на кристалл и отражается, подобно электронному (Рис. 161). При этом кроме пучка, отражённого под углом падения φ, возникают два побочных пучка, максимума, как от дифракции (Рис. 167). Эти максимумы отстоят от главного тем дальше, чем ниже скорость молекул и больше длина волны. Кажется, этот опыт уверенно доказывает волновые свойства частиц. Но это только кажется, поскольку он тоже имеет простую классическую трактовку. Прежде всего, селектор пропускает помимо молекул со скоростью V=d/t, частицы, летящие со скоростями d/(t+nT), где n – целое число, T – период обращения дисков. То есть в кристалл попадают и сравнительно медленные частицы, за время пролёта которых селектор делает один или n оборотов.

Рис. 167. Картина рассеяния пучка атомов кристаллом напоминает дифракционную, но объясняется классически.

Теперь рассмотрим частицу, падающую на поверхность кристалла. Атом отскакивает не от отдельных атомов кристалла, а от взаимодействия с их общим полем. Поле атомной плоскости имеет волнистые эквипотенциальные поверхности, горбы которых расположены напротив атомов, а впадины – между ними. При этом, чем дальше от поверхности кристалла, тем ближе эти поверхности к плоским. От этих эквипотенциальных поверхностей атомы и молекулы газа и отскакивают, отражаются. Чем выше энергия частиц газа, тем от более глубокой поверхности они отражаются, словно от жёсткой: под углом равным углу падения. Если сечение поверхности изобразить синусоидой с предельной крутизной α, то видно, что атомы будут отражаться под любыми углами, заключёнными в пределах от φ–2α до φ+2α. Интенсивней всего идёт отражение под этими крайними углами: каждый пучок создаст по два максимума (Рис. 168). У медленных частиц они отстоят мало, поскольку частицы отражаются внешними эквипотенциальными слоями, почти плоскими – с малым α. Эти медленные молекулы с V=d/(t+nT), которых в газе больше всего, и создают высокий главный пик возле угла φ – максимумы слиты в один (Рис. 167). Зато быстрые молекулы c V=d/t доходят до более глубоких слоёв с большей волнистостью и крутизной α. Именно они создают возле главного два побочных максимума.

Рис. 168. Рассеяние атомов поверхностью кристалла под избранными углами - результат отражения атомов эквипотенциальными поверхностями.

Чем выше скорости быстрейших молекул, пропущенных селектором, тем глубже лежат отражающие их эквипотенциальные поверхности, имеющие большую крутизну α. И тем дальше отстоят побочные максимумы от главного. Впрочем, с углублением угол α может и снижаться. Вот почему результаты таких опытов неоднозначны, и не приводится их количественный анализ. Ведь если эффект классический и не связан с дифракцией, то опыт и не может дать согласия с формулами квантовой механики, доказав ложность волн де Бройля.

Последний убедительный, по мнению физиков, довод в пользу волновых свойств частиц – это дифракция нейтронов. Поток нейтронов, равно как поток электронов, при падении на кристалл рождает дифракционные картины. Однако причина их вряд ли в дифракции нейтронов. Скорее дело в том, что нейтроны тоже создают при попадании в вещество электромагнитные волны рентгеновского и гамма-диапазонов. Нейтроны, сталкиваясь с ядром, переводят его в возбуждённое состояние, подобно электронам, возбуждающим атом (именно по такому принципу накачки нейтронами работает, к примеру, γ-лазер). Вспомним, что нуклоны (протон и нейтрон) играют ту же роль в генерации ядерных спектров, что и электрон с позитроном - в генерации атомных спектров (§ 3.7.). Ядро, поглотившее нейтрон, возбуждается и начинает излучать электромагнитные волны, частота f которых связана с энергией E падающего нейтрона. Возможно, в ядре он распадается до протона, который и вращается в магнитном поле ядра с частотой f=E/h, излучая подобно электрону на длине волны λ=h/(E/c)≈h/p (§ 4.3.). И наоборот, излучение частоты f способно резонансно выбить из ядра нейтрон энергии E=hf (возможно, это просто протон, осуществивший при вылете захват электрона [135, с. 64]). Таким образом, аналогия проявления "волновых" свойств электронов и нейтронов при взаимодействии с атомами – это ещё один пример родства свойств атома и ядра, а также единого механизма генерации атомных и ядерных спектров (§ 3.1., § 3.7.).

Таким образом, снова имеем классическую картину: падающие нейтроны возбуждают излучение соответствующей длины волны, которое и дифрагирует на кристалле. Затем в тех точках дифракционной картины, где излучение сильнее, из ядер вылетают нейтроны (в ходе ядерного фотоэффекта), которые регистрируются приборами. Рентгено-, электроно- и нейтронография потому и стали самыми популярными методами анализа структуры вещества, что в каждом из них создаётся рентгеновское излучение, удобное для изучения кристаллов. Разнятся лишь способы генерации и регистрации этого излучения. Таким образом, ни к чему считать частицы ещё и волнами. Все их так называемые "волновые" свойства – это иллюзия. Принцип Оккама снова оправдал себя!

Явления и законы природы жёстко детерминированы и вполне познаваемы. Поэтому учёный, желающий добиться успеха в науке, должен быть прежде всего оптимистом, обладать безграничной уверенностью в возможности понять и объяснить явления природы на рациональной основе, с позиций наглядных классических представлений. Если постараться, то всегда можно найти простое естественное объяснение любым загадкам природы. Именно в таком оптимизме, смелости воображения, как верно заметил Зоммерфельд, и состояла одна из причин успеха Ритца в понимании явлений природы. В то же время именно Ритц в согласии с законами диалектики впервые дал наглядное адекватное классическое представление о потоке волн материи - образуемых реонами кинематических волн, аналогичных классическим электронным "волнам" в клистронах (§ 1.11.).





    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   67   68   69   70   71   72   73   74   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет