Эфир (Часть 16)
Физика Дж. Дж. Томсона

О.Е. Акимов

В 4-й части , которая называлась "Учения Декарта и Ньютона", мы посмотрели двухминутный видео-ролик, рассказывающий детям, почему, согласно Ньютону, Луна не падает на Землю, а Земля — на Солнце. Тогда мы выяснили, что детям, по сути, рассказывают неправду о Ньютоне. Великий английский алхимик и схоласт в действительности не знал, как ответить на поставленный вопрос.

Сейчас мы тоже посмотрим отрывки из детского мультика, а после сделаем из него некоторые дидактические и методические выводы. Создатели мультфильма рассказывают о дуализме квазичастиц, например, электронов.

Профессор Квант

Если пропускать твердые частицы через щель, то на экране, стоящем за щелью, мы увидим следы от этих частиц. Если частицы пропускать через две щели, то они оставят напротив щелей следы в виде двух параллельных полос. Если пластину с двумя щелями установить в воде, то волны, распространяющиеся по поверхности воды, пройдя через щели, дадут на экране интерференционную картину в виде светлых и темных полос.

Интерференционная картина

Такую же интерференционную картину оставляют электроны. Но как могут частицы материи создавать интерференционную картину как волны? Ответ дается следующий. Электрон начинает движение, как частица, становится волной потенциалов, проходит через прорези, интерферирует сам с собой и ударяется в экран как частица.

Такую же интерференционную картину оставляют электроны.

В квантовом мире гораздо больше мистики, чем могли себе представить физики, — говорит профессор по имени Квант. Сам факт измерения или наблюдения за тем, через какую щель прошел электрон, выявил, что электрон проходит только через одну, а не через обе щели. Когда за электроном наблюдают, он ведет себя как шарик, как будто он знает, что за ним наблюдают. Когда за ним не наблюдают, он предстает как волна. И с этого момента физики погрузились в невероятно странный мир квантовых событий.

Так что такое электрон — частицы или волны?

Так что такое электрон — частицы или волны? И волны чего? И при чем тут наблюдатель? Получается, что наблюдатель разрушил волновую функцию просто фактом своего наблюдения.

Когда за электроном наблюдают...

*
*   *

Дуализм, Олег Евгеньевич...

Дуализм, Олег Евгеньевич...

А что означает этот ваш дуализм? Старуха с клюкой? Ведьма, которая вышибла все мозги? Потушила у всех здравый разум?

А что означает этот ваш дуализм?

Да его вовсе не существует, доктор. Что вы подразумеваете под этим словом? А? А это вот что. Когда я вместо того, чтобы экспериментировать каждый вечер, начну в лаборатории петь хором, у меня настанет дуализм.

Если я, входя в лабораторию, начну, извините за выражение, теоретизировать, и то же самое будут делать Макс Борн и Питер Хиггс, в лаборатории у меня начнется дуализм.

Следовательно, дуализм не в лабораториях, а в головах. Значит, когда эти баритоны кричат "Долой дуализм", я смеюсь. Ей Богу, мне смешно. Это означает, что каждый из них должен лупить себя по затылку. И вот когда он выбьет из себя все эти галлюцинации и займется чисткой лабораторных установок — прямым своим делом — дуализм исчезнет сам собой.

...каждый из них должен лупить себя по затылку.

Двум богам служить нельзя, дорогой друг. Невозможно в одно и то же время подметать свою лабораторию и восхищаться судьбой каких-то иностранных релятивистов.

Никакой контрнауки в моих словах нет.

Никакой контрнауки в моих словах нет. Есть здравый смысл и жизненный опыт.

*
*   *

Во 2-й части фильма "Эфир" рассказывалось о модели атома Томсона. Напомним главную идею его модели.

В марте 1904 года вышла большая статья Дж. Дж. Томсона, которая коротко называлась "О строении атома", но после двоеточия имелось продолжение этого названия: "Исследование стабильности и периодов колебаний множества корпускул, расположенных через равные промежутки по окружности, с применением результатов расчета к теории строения атома".

Статья Дж. Дж. Томсона: "О строении атома"

Как следует из этого полного названия, автор изначально предположил, что отрицательные корпускулы располагаются на окружностях разного радиуса.

Фото Дж. Дж. Томсона

Об эксперименте Майера Томсон упоминает на странице 255, когда он заканчивает математическое описание своей модели. (...)

Ссылка Томсона на эксперимент Майера

Модель атома Томсона часто сравнивают с пудингом с изюмом или с булочкой с изюмом, со сливовым пудингом. (...)

В Интернете имеется множество слайдов
на тему "Модель атома Дж. Томсона",
которые дают абсолютно ошибочное
представление об атоме Томсона.

Оно вошло в учебники, словари, Википедию, причем не только на русском языке, но и на английском. Такое сравнение предполагает хаотическое случайное распределение электронов внутри сферы. Мы же видим, что Томсон исходил из строго регулярного порядка, который ему подсказал эксперимент Майера с намагниченными иголками, плавающими на пробковых плотиках.

Модель атома Томсона, изложенная им в статье 1904 года ничего общего с карикатурной моделью пудинга с изюмом не имеет. Зададимся вопросом: кто и зачем исказил сложную и математически обоснованную модель Томсона? Полюбуйтесь, мол, на его примитивную, просто жалкую конструкцию. Разве можно ее сравнивать с хорошо продуманной динамической моделью, разработанную Резерфордом и Бором? Возможно это искажение произошло само собой, случайно, никто не хотел принизить достоинства стационарной моделью перед динамической?

В предыдущей, 8-й части фильма была мельком затронута формула Томсона

m = E / c²

Напомним, из каких соображений он к ней пришёл.

Исследуя отклонение катодных лучей в магнитном и электрическом полях, Томсон обнаружил, что лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц. Проводя бесчисленное количество опытов над ними, измеряя отношение заряда электрона к его массе, он показал, что открытые им частицы почти в 2000 раз легче самого легкого элемента — атома водорода. Самое же главное открытие, которое у него без зазрения совести украли релятивисты, заключается в идее, высказанной им еще в молодости, а именно: масса электронов или β-частиц, из которых состоят катодные лучи, будет расти с увеличением скорости.

Согласно Томсону, связанная масса электронов в электрическом поле равна кинетической энергии

Но ровно такую же энергию электрон приобретет, двигаясь в магнитном поле

Следовательно, в электромагнитном поле двойка, стоящая в знаменателе формул, исчезнет, поскольку полная энергия движения электрона складывается из этих двух равных друг другу (E_e = E_m) энергий

Для Эйнштейна эфир не существовал.

Поэтому увеличение массы электрона во время его движения сквозь пустоту он объяснял кинематическим эффектом, полученным за счет спекулятивных преобразований Лоренца. При этом он извратил идею Томсона, полагая, что энергия электрона сосредоточена в его массе.

Хиггс вернулся к первоначальной идее Томсона путем введения особого поля, которое сегодня называют его именем. Для автора тоже, как будто бы не существовал материальный эфир, но за счет достаточно искусственного деления частиц на фермионы и бозоны он вместе со всеми современными мифотворцами стал говорить о виртуальном пространстве, в котором, дескать, и существует поле Хиггса.

Это эфемерное поле сообщает всем движущимся через него частицам реальную массу. Однако толкователи-популяризаторы заумных фантазий нынешних оракулов от науки по-прежнему оперируются образами, которые в конце 19-го века возникли в голове Томсона. Они сравнивают частицу с лыжником-слаломистом, стремительно съезжающим с горного склона.

Релятивист-схоласт

Релятивист-схоласт отличается от конструктивиста-реалиста тем, что все противоречия своих теорий он перекладывает на природу, а не на свою умственную убогость. На очень малых или, наоборот, слишком огромных, космических пространствах, говорит он, обычная логика перестает работать. Там, где-то далеко во вселенной, существуют черные дыры, темная масса и темная энергия. Абсурдный дуализм волны-частицы он приписывает (цитата) "невероятно странному миру квантовых событий". Своим мистицизмом он внушает им страх перед вечными и в принципе неразрешимыми, как он думает, тайнами природы.

Чёрная дыра

Между тем, скромный мало известный сегодня физик, который, собственно, впервые и обнаружил волновые свойства электрона, (точнее его сын, но, разумеется, не без помощи отца) дал будущим теоретикам прекрасный набросок разрешения противоречивого образа волна-частица. Этим замечательным физиком, обладающим поразительным чутьем на правильные представления о мире, был всё тот же наш давний знакомый, сэр Джозеф-Джон Томсон.

Отец и сын Томсоны

Каждый старшеклассник и студен вуза должен знать историю релятивистских формул m = E/c² и

Мы не раз вспоминали о них и указывали, что появление этих формул вовсе не связано с именем Эйнштейна. Чтобы убедиться в этом, нужно просто заглянуть на сайт Sceptic-Ratio. и прочитать на нём лекцию Томсона августа 1903 года Материя и эфир . Выдержки из нее уже приводились.

В связи с затронутой здесь темой дуализма волны-частицы, сейчас хочется обратить внимание не только на 107-ю страницу, где автор рассказывает о формуле m = E/c², но и на следующую 108-ю страницу, где он говорит о корпускулярной природе света (т.е. о теории истечения). Затрагивая явление фотоэффекта, т.е. о выбивании электронов при облучении металлической пластины ультрафиолетом, мы читаем:

"По теории истечения световой луч состоит из множества отдельных телец, причем объем, занятый этими тельцами, представляет очень малую часть того объема, в котором они находятся. Фронт световой волны, согласно этому воззрению, состоит из множества светлых пятнышек, распределенных по черному фону. Фронт волны порист и обладает определенной структурой. Согласно электрической теории света, в ее обычной форме, молчаливо принимают, что электрическая сила равномерно распределена по всей волновой поверхности, так что нет свободных мест на этой поверхности, и что она не имеет структуры. Такой взгляд не является необходимой частью электрической теории, и, по моему мнению, у нас есть доказательства того, что фронт волны в действительности имеет больше сходства с множеством светлых точек на темном фоне, чем на равномерно освещенной поверхности. Вот одно из доказательств в пользу такого предположения.

Когда на металлическую поверхность падает свет, особенно ультрафиолетовый, из этой поверхности вылетают отрицательно заряженные частицы. Если бы поверхность волны была непрерывной, то все молекулы металла, подвергнутого действию света, находились бы при одинаковых условиях. И если бы они даже обладали различными количествами кинетической энергии, подобно молекулам газа, этого различия было бы недостаточно, чтобы объяснить громадную несоразмерность между числом молекул, затронутых светом, и числом молекул, выделивших частицы (т.е. электронов). Однако эту несоразмерность легко понять, если примем, что фронт волны не непрерывен, но испещрен пятнами, так что только небольшая часть молекул находится под влиянием электрических сил, действующих в свете.

Можно предположить, что свет состоит из маленьких поперечных импульсов и волны, которые распространяются вдоль отдельных электрических силовых линий, заполняющих эфир, и что уменьшение интенсивности света при удалении от источника объясняется не ослаблением отдельных импульсов, но увеличением расстояний между ними, подобно тому, как в теории истечения предполагалось, что энергия отдельных частиц не уменьшалась с распространением света, а уменьшение интенсивности света происходило потому, что частицы расходятся между собою на всё большее расстояние".

Луи де Бройль

Итак, не Луи де Бройль, родившийся в 1892 году, когда Филипп Ленард вместе с Генрихом Герцем активно изучал природу катодных лучей, а Джозеф-Джон Томсон на основе опытов Ленарда заговорил о "тельцах", т.е. фотонах или квантах света. Де Бройль же заговорил о квантах света лишь в 1923 году, т.е. через два десятка лет после Томсона и более трех десятков лет после открытия этого странного явления, именуемого "фотоэффектом".

Генрих Герц

Напомним, фотоэффект открыт в 1886 году Генрихом Герцем, который рано умер, в 1894 году. С 1892 года с этим оптическим явлением работал Филипп Ленард, который посмертно издал научные труды Герца и продолжил работу над катодными лучами в Бонской лаборатории, где он работал вместе с Герцем.

Традиционно открытие электрона в 1897 году приписывается Джозефу-Джону Томсону, о чём везде пишут, в том числе и у нас на сайте. Однако нужно помнить, что катодными трубками вплотную занимался Ленард. Тогда эти трубки назывались трубками Ленарда. В них возникали не совсем тогда понятные катодные лучи.

Филипп Ленард

Благодаря подаренной Ленардом катодной трубке, Рентген в 1895 году открыл так называемые Х-лучи, за что в 1901 году получил первую Нобелевскую премию. Она послужила яблоком раздора, поскольку рентгеновские лучи наблюдал и описывал Ленард. Рентген в силу своего молчаливого характера забыл упомянуть о Ленарде. Так, бывшие друзья сделались заклятыми врагами.

Вильгельм Рентген

Свою Нобелевскую премию Ленард получил в 1905 году за досконально изученный фотоэффекта. Это он обнаружил удивительную закономерность, что при росте интенсивности света количество вылетавших из металлической пластины электронов тоже пропорционально растёт, но их скорость остаётся неизменной. Таким образом, энергия электронов зависит только от частоты падающего света.

Милева Марич

Считается, будто эту закономерность объяснил Эйнштейн в 1905 году. Но это глубоко ошибочное мнение. В действительности знаменитую формулу и объяснение фотоэффекту дала его первая жена. О Милеве Марич, которая осенью 1897 года прослушала в Гейдельбергском университете курс лекций Ленарда, мы еще поговорим. А пока остановимся на достижениях лауреата Нобелевской премии 1906 года, коим стал сразу вслед за Ленардом, Дж. Дж. Томсон.

Сегодня трудно установить, кто был первым открывателем так называемой "эйнштейновской формулы" (в кавычках, конечно) m = E/c² , но зависимость массы тела от скорости его движения сквозь эфир впервые открыл, очевидно, Томсон. Текст на эту тему из лекции августа 1903 года под названием Материя и эфир демонстрировался в предыдущей части видеофильма "Эфир", поэтому не станем сейчас возвращаться к нему. Вместо этого хочется обратить внимание наших зрителей, слушателей и читателей на книгу Томсона "Электричество и материя", составленную тоже из лекций, прочитанных в мае 1903 года.

Аркадий Тимирязев

Книга опубликована на русском языке в 1928 году стараниями физика Аркадия Тимирязева (сына знаменитого русского биолога) и Цейтлина. Перед второй мировой войной советские релятивисты еще не полностью зачистили поле науки от динозавров классической физики таких, как Кастерин, Миткевич и прочие недобитые антирелятивисты, отчаянно сопротивлявшиеся наступлению новой эпохи схоластики. Эту книгу Томсона тоже можно найти на нашем сайте Sceptic-Ratio Электричество и материя .

Кому-то может показаться странным, что Томсон в своих рассуждениях опирался не на модели эфира, предложенные Максвеллом, а на представлениях о силовых линиях его предшественника — Фарадея. На странице 21 читаем:

"Если m есть масса сферы, то кинетическая энергия сферы есть mv²/2; к ней надо добавить энергию вне сферы, которая равна, как мы видели, (приводится выражение, выведенное Томсоном на предыдущих страницах) μ(ev)²/3a; поэтому полная кинетическая энергия системы равна m'v²/2, где m' = m + 2μe²/3a. Итак, вследствие электрического заряда масса сферы увеличилась на (указанную величину) 2μe²/3a. Это очень важный результат, — пишет Томсон, — так как он показывает, что часть массы заряженной сферы обязана своим происхождением ее заряду. Позже я предложу вам соображения, которые показывают возможность того, что вся масса тела имеет такое же происхождение (т.е. электромагнитное).

Однако, прежде чем перейти к этому пункту, я хотел бы иллюстрировать это увеличение массы сферы некоторыми аналогиями из других отделов физики. Первая из них есть случай сферы, движущейся в жидкости без трения. Когда сфера движется, она заставляет двигаться окружающую жидкость со скоростью, пропорциональной собственной скорости, так что, двигая сферу, мы должны приводить в движение не только вещество самой сферы, но и окружающую жидкость. В результате сфера ведет себя так, как будто ее масса увеличилась на некоторый определенный объем жидкости. Этот объем, как было показано Грином в 1833 г., равен половине объема сферы. В случае цилиндра, движущегося перпендикулярно к своей длине, масса увеличивается на массу равного ему объема жидкости. В случае удлиненного тела, в роде цилиндра, величина, на которую возрастает масса, зависит от направления движения тела, делаясь наименьшим, когда тело движется концами вперед, чем при движении боком. Масса такого тела зависит от направления, в котором оно движется".

Мы брали выдержки со страниц 21 - 22. Возьмем фрагмент со следующей, 23 страницы:

"Перейдем теперь к более подробному рассмотрению количества движения, В своих "Новых исследованиях по электричеству и магнетизму" [первая часть первой главы этой книги приведена в настоящем издании, см. приложение IV] я подсчитал величину количества движения для любой точки электрического поля и показал, что, если N есть число фарадеевских трубок, проходящих сквозь единицу поверхности, перпендикулярной к их направлению, В — магнитная индукция, θ — угол между индукцией и фарадеевскими трубками, то количество движения, приходящееся на единицу объема, равно NBsinθ, направление же его перпендикулярно к магнитной индукции и фарадеевским трубкам" [в приложение IV это всё расписано более подробно].

Сейчас нам удобно перейти к тексту лекции "Материя и эфир", который снабжен рисунком (рис. 1) с пояснениями к нему.

"Возьмем простейшую электрическую систему, какую только можно найти, — пишет Томсон, — электрический заряд, сконцентрированный на маленьком шарике. Когда шарик в покое, электрические силовые линии равномерно распределены по всем направлениям вокруг шарика. При таком расположении силовых линий электрическая потенциальная энергия меньше, чем при каком-нибудь другом распределении линий. Вообразим теперь, что шарик приведен в очень быстрое движение. В таком случае электрические силовые линии стремятся расположиться перпендикулярно к направлению движения (рис. 1). Они стремится оставить переднюю часть шарика, приподняться над ним и собраться в его экваториальной части. Таким образом, электрическая потенциальная энергия возрастает, и так как масса эфира, связанная с электрическими силовыми линиями, пропорциональна этой энергии, то масса эта больше тогда, когда шарик движется, чем тогда, когда он находится в покое. Разница очень мала, но когда скорость тела приближается к скорости света, увеличение массы делается очень значительным".

Читаем надпись под картинкой, т.е. "Пояснения Томсона эффекта сжатия геометрических размеров электронов по направлению движения с одновременным ростом его эффективной массы".

"Силовые линии (фарадеевские трубки), отходящие от заряда, располагаются так, чтобы оказывать максимальное сопротивление его движению. Вспомним, плоскость листа располагается перпендикулярно направлению его падения с дерева. Если бы силовым линиям ничто не мешало, то все они расположились бы в экваториальной плоскости электрона. Однако силовые линии взаимно отталкиваются, так что давление на экваторе оказалось бы больше, чем у полюсов. Хевисайд (Heaviside) в 1889 году доказал, что смещение силовой линии происходит таким образом, чтобы проекция трубки на эту плоскость оставалась бы такой же, как и при равномерном распределении трубок, и расстояние каждой точки трубки от экваториальной плоскости уменьшалось бы в отношении [рялятивисиский радикал] к 1. Ровно в таком же отношении будет увеличиваться и масса движущегося заряда. Так впервые из модельных построений Томсона возник «релятивистский» коэффициент, который первоначально подтверждал лишь правильность рассуждений английского физика-классика".

Итак, мы видели, что Томсон задолго до де Бройля понял двойственную природу света, т.е. проблему дуализма волны-частицы. Откуда у него взялась такая прозорливость? Дело в том, что он, будучи еще достаточно молодым человеком, догадался, что масса заряженной частицы имеет чисто электромагнитное происхождение. Она может изменяться в зависимости от скорости перемещения. Значит, не существует непреодолимого раздела между волной и частицей. Эксперименты Ленарда вокруг фотоэффекта подсказали ему эту двойственность.

При чтении последнего абзаца идут следующие кадры с текстом: Настоятельно рекомендуем ознакомиться с текстом, который взят со страницы сайте Sceptic-Ratio Квантовая механика Конга . Автор опирается на 4 фундаментальных единицы измерения: время, пространство, магнитную индукцию и электрический заряд. Все прочие физические величины, включая массу тела, можно выразить через них. Так доказывается электромагнитная природа физического мира, в том числе, скрытого эфира.

Об этом рассказывалось в самом первом фильме "Эфир", из которого ниже приводится несколько кадров (см. часть 1 "Эфирный ветер нельзя обнаружить" текст , видео

Но всегда ли Джозеф-Джон Томсон был таким прозорливым. Сейчас мы увидим, что с возрастом его интуиция стала его подводить.

8 марта 1928 года он прочитал лекцию под названием "За пределами электрона". В названии лекции уже содержится намек на решение проблемы несовместимости делокализованного образа волны с локализованным образом частицы. Докладчик решает отделить волну от частицы, которая создает эту волну. Он предполагает, что локализация связана с конечными размерами электрона, а делокализация — с размерами волнового пакета, который возбуждается электроном в окружающем его эфире.

Таким образом, Томсон остается верным себе. Мы помним, что в 1881 году он предложил увеличение массы частицы за счет сопротивления окружающего эфира. Затем, его идеей воспользовался Эйнштейн, порядком извратив ее. Еще позже, томсоновский образ электрона перекочевал в физику твердого тела, где его связанная с эфиром масса в периодическом поле кристалла превратилась в переменную эффективную массу. В этот момент на горизонте появился улыбчивый Питер Хиггс со своими сотоварищами. Теперь в научно-популярных фильмах образ бозона Хиггса предстает лыжником-слаломистом, преодолевающим заснеженные горные склоны.

Лектор говорит:

"... Движущийся (в частности, равномерно) электрон всегда сопровождается цугом волн. Эти волны как бы несут его с собой и определяют его путь. Таким образом, движущийся электрон представляет собой значительно более сложную вещь, чем простой точечный заряд.

Мне кажется, что наиболее очевидным свидетельством существования окружающих электрон волн являются опыты моего сына, проф. Дж. П. Томсона, изучавшего прохождение электронов через очень тонкие металлические пластинках. ...

На рис. 1 показан результат, полученный моим сыном, при опытах с прохождением пучка электронов через пластину. На рисунке виден ряд колец, положение которых в точности совпадает с положением дифракционных колец света определенной длины волны, которые бы получались при его прохождении через эту же пластинку. Тот факт, что эти кольца указывают на направления движения электронов, был доказан помещением магнита вблизи фотографической пластинки: кольца отклонялись магнитом подобно траекториям электронов (рис. 2). ...

...Проходя через металл, электроны меняют направление своего движения не как частицы, а как волны определенной длины волны. Отсюда можно заключить, что каждый электрон сопровождается цугом волн, и что эти волны целиком определяют направление его движения. Электрон как бы вынужден следовать за этими волнами.

Тонкая металлическая пластинка не только обнаруживает наличие волн, но и позволяет определить их длину. Мой сын сделал это и получил весьма интересный результат. Оказалось, что, электронные волны обладают необыкновенно высокими частотами. Наименьшая из этих частот в миллион раз больше частоты видимого света и значительно превышает частоту — как рентгеновских лучей, так и наиболее жесткого из всех известных видов высокочастотного излучения — γ-лучей радия. Электронные волны представляют собой совершенно новый тип излучения, свойства которого могут во многом отличаться от свойств всех известных нам до сих пор типов излучения. ...

Дуализм волны-частицы имеет, таким образом, место в самых разнообразных областях физики и, по-видимому, коренится в самой природе вещей. Для того чтобы оценить важность этого факта, рассмотрим вкратце, каким образом энергия переходит из одного места в другое. Пусть, например, электрон меняет свое местоположение — возникает вопрос, каким путем следует за ним его энергия? Этот вопрос можно сформулировать яснее, если вернуться к старому представлению об электроне, как о шарике с радиусом в 10 ^–13 см. Когда этот шарик движется, то сосредоточена ли его энергия внутри него или она распространена по всему внешнему пространству и пролагает себе путь через эфир?

Если, как я это делаю, считать, вслед за Фарадеем и Клерком Максвеллом, что свойства заряженных тел обусловливаются силовыми линиями в окружающем их эфире, то энергию электрона нужно представлять себе сосредоточенной не в маленькой сфере, символизирующей электрон, а во всем внешнем пространстве. Согласно этому воззрению, вся энергия сосредоточена в эфире и распространяется с одного места на другое через посредство эфирных волн.

Факт передачи энергии через эфир был впервые ясно и отчетливо сформулирован моим старым другом проф. Джоном Генри Пойнтингом. Его рассуждения приводят к результатам на первый взгляд несколько странным, хотя я считаю их, безусловно, правильными. Например, я убежден, что большинство из всех считает [что-то с переводом], что энергия электрических лампочек сообщается им от электростанции через соединяющие их медные проволоки.

Согласно Пойнтингу, дело обстоит вовсе не так, и энергия распространяется не по проволоке, а по окружающему ее внешнему пространству. Роль проволоки заключается не в том, что она переносит энергию, а скорее в том, что она направляет ее путь во внешнем пространстве. Энергия распространяется в виде волн по эфиру вне проволоки со скоростью, не зависящей от размеров проволоки и от ее материала. ...

Вышеприведенное воззрение на электрон приписывает ему дуалистическую структуру. Одна часть его, в которой сосредоточена энергия, построена из электрических линий сил [силовых линий]; тогда как другая "часть" представляет собою цуг волн, находящийся в резонансе с электроном и определяющий его путь.

Это представление об электроне поразительно совпадает с тем представлением о структуре света, которое я дал в [журнале] "Philosophical Magazine" за октябрь 1924 г. Согласно последнему [представлению], свет, подобно электрону, тоже обладает дуалистической структурой. С одной стороны он представляет собой замкнутое электрическое силовое кольцо, в котором сосредоточена его энергия; с другой стороны он, как и электрон, сопровождается системой электромагнитных волн, которые сами не имеют энергии, а только определяют ее путь. Если принять, что эти волны находятся в резонансе с кольцом и что энергия кольца пропорциональна частоте света, то для данной структуры можно будет вывести следствия, находящиеся в согласии с законом излучения Планка.

С другой стороны, принимая такое представление о свете, мы сразу избавляемся от всех затруднений, связанных с согласованием электрических свойств света, которые требуют для своего объяснения корпускулярной теории с его оптическими свойствами, например с явлением интерференции, требующими волновой теории. В самом деле, наши волны испытывают обычную интерференцию и направляют энергию как раз в светлые части интерференционной картины.

Этот дуализм является необходимым следствием представления о волнообразном распространении энергии через эфир, поскольку всегда нужно различать между передачей энергии и распространением волн. В случае световых волн это различие затемняется тем фактом, что скорость передачи энергии оказывается равной скорости распространения волн. Такое совпадение является, однако, чистой случайностью — как мы видели, энергия может передвигаться гораздо медленнее, чем волны, тогда дуализм становится совершенно очевидным.

В оптических явлениях волны играют основную роль, и потому мы вполне можем ограничиться волновой теорией; в электрических же явлениях речь идет об энергии, и потому наиболее пригодной является корпускулярная теория, концентрирующая внимание на частицах энергии. Говоря о волнах, мы получаем волновую теорию, говоря об энергии — корпускулярную теорию. Таким образом, каждая из этих теорий охватывает только часть истинной действительности. Строго говоря, во всех оптических явлениях — точно так же, как при движении электрических частиц — катодных [лучей], α- и β-лучей — нужно принимать во внимание и частицы и волны.

Поведение электрона указывает на то, что он двигается в сверхдиспергирующей среде. Возникают вопросы: сосредоточена ли эта среда в непосредственной близости к электрону? Что могло бы быть, если бы электрон, подобно атому, состоял из еще более мелких электрических частиц? Быть может, сам эфир имеет структуру такого рода?"

Итак, в понимании Томсона дуализм волны-частицы формально распадается на две составляющие. Первой составляющей выступает частица, собственно, это сам электрон. В качестве второй выступает пакет волн, который инициируется движением электрона и распространяется в эфирной среде. Однако нарисованную им картину нельзя сравнивать с нашей картиной, идущей параллельно цитируемому тексту. В нашей картине капли дождя (или камни) падают вертикально вниз на водную поверхность. Падение в воду одиночной частицы (любого физического тела) вызывает на "пробитой" водной поверхности дифракционные волны. Если частиц (например, дождевых капель) будет множество, то дифракционные волны дадут интерференционную картину.

Однако в этом мете необходимо сделать важную поправку: волны распространяются в другом пространстве измерения, чем двигались частицы — камни, капли или электроны.

Верно, что падение электрона и расхождение волн по водной поверхности причинно связаны. Тем не менее, эти два процесса независимы друг от друга, хотя кинетическая энергия падения электрона (капли или камня) преобразуется в энергию пакета волн, который распространяется по всей бескрайней водной поверхности с некоторой групповой скоростью. Разницу между фазовой и групповой скоростями Томсон подробно поясняет в своей лекции, а мы проиллюстрировали ее с помощью анимационных графиков (эпюров).

Нужно иметь в виду, частицы и волны существуют в двух принципиально различных пространствах, одно из которых условно можем назвать прямым, другое — обратным. Оба пространства реальны, имеют одинаковые права на существование, но идущие в них процессы не обуславливают друг друга. Поэтому нельзя объяснять, как это делает Томсон и другие теоретики, движение электронов, в частности, в проводнике, с помощью перемещения в эфире волнового пакета, окружающего проводник.

Вспомним, как говорил докладчик: "волны целиком определяют направление движения электрона. Электрон как бы вынужден следовать за этими волнами". И чуть выше: "волны как бы несут электрон с собой и определяют его путь", "кольца указывают на направление движения электронов". В другом месте читаем: "энергию электрона нужно представлять себе сосредоточенной не в маленькой сфере, символизирующей электрон, а во всем внешнем пространстве". "Одна часть электрона, в которой сосредоточена энергия, построена из электрических силовых линий; тогда как другая "часть" представляет собою цуг волн, находящийся в резонансе с электроном и определяющий его путь".

В ответ на эти пассажи необходимо заметить, что в одном пространстве, когда физический процесс локализован на отдельных частицах, например, на пучках электронов, вся энергия сосредоточена на этих самых частицах — электронах. В другом пространстве, ортогональном первому, когда физический процесс делокализован на дифракционных волнах, образующих сложную интерференционную картину, колебательная энергия "размазана" по всей бесконечной поверхности или всему объему, если пространство имеет три измерения.

Таким образом, Томсон не утверждает о полном разделении волны и частицы, об их самостоятельном существовании. Частицы и вызывающие ими волны у него еще тесно переплетены друг с другом, движение электрона определяется движением волн. В его представлении волны и частицы сосуществуют в одном пространстве, где они взаимно обуславливают друг друга. Он имеет в голове существенно иную картину, чем это демонстрируют нам капли дождя или камни, вызывающие расходящиеся по поверхности воды цуги волн.

Томсон обращает внимание на то, что дифракционные волны от электронов, прошедших через тонкую металлическую пластинку, имеют высокую частоту, сопоставимую с рентгеновским излучением. При определенных условиях ширина и расположения колец становится неравномерными. Это означает, что на структуру колец влияет атомное строение вещества, которое облучается пучком электронов.

Подобная картина напоминает эксперименты Макса Лауэ с рентгеновскими лучами, которые пропускались через кристаллические вещества. Рентгеновские лучи или пучки электронов, находятся в прямом пространстве, а обнаруживаемые с их помощью кристаллические структуры демонстрируют обратные решетки, т.е. решетки в обратном пространстве кристалла. Оба пространства, повторим еще раз, реальны и равноправны подобно тому, как реальны и равноправны два взаимно обратных представления Фурье-преобразования.

В предыдущей, восьмой, части фильма мы говорили об электронных энергетических уровнях, представленных в обратном пространстве кристаллической решетки, которые называются законом дисперсии E (k).

Волновой вектор в кристалле (k = 2π/a, где a — период решетки) всецело определяет импульсную характеристику системы (p = kћ). Круговая частота (ω = 2π/T, где T — период колебаний) характеризует энергию системы (E = ωћ — эта формула Планка). Если функция — импульс, а аргументом является энергия k(E), то говорят о плотности состояний N(E). Плотность состояний понимается как число электронов или дырок, приходящихся на интервал энергии. Само это число пропорционально некоторому объему в k-пространстве. Если же в качестве функции выступает энергия, а импульс является аргументом E(k), то говорят о законе дисперсии.

Физики-твердотельщики обычно оперируют энергией и импульсом, находясь в обратном пространстве решетки или в k-пространстве. Но обратному пространству решетки можно поставить в соответствие прямое r-пространство с период решетки a. Таким образом, периодической паре a и T прямой решетки ставится в соответствие k и E обратной решетки.

Все живые существа живут в прямом пространстве r и времени t . Обыкновенный обыватель не представляет себе жизнь в обратном пространстве с характеристиками k и ω, где точечный объект, например, электрон делокализован в неограниченной области, а бесконечно длящаяся синусоида превращается в единичный энергетический импульс, т.е. в элементарный спектр из всех возможных — дельта функцию.

Когда человек задается вопросом — что такое пространство и время? — он должен вспомнить об импульсе и энергии системы реального мира. Пространство и время образуют психологическое пространство, которому ставятся в соответствие математические понятия и геометрические образы. Однако, нужно помнить, что этим двум понятиям можно поставить в соответствие эквивалентные физические понятия импульса и энергии, которые, нередко, в частности, в физике твердого тела, представляются более удобными и наглядными.

Эфир — кристаллическое образование; для него имеется своя пара a_э и T_э и своя пара k_э и E_э. Физика твердого тела имеет дело с вторичными кристаллами, образованными на исходной кристаллической решетке эфира. На вторичной решетке могут образовываться третичные возбуждения в виде, например, экситонов. Известны экситонные фазовые переходы газ-жидкость. Жидкие экситонные образования, собирающиеся в капли, на границах которых действуют силы поверхностного натяжения и т.д. На первичной кристаллической решетке эфира недавно открыты кристаллические плазменно-пылевые состояния вещества, о чём рассказывалось во второй части нашего фильма об эфире.

Всё это, однако, достаточно далеко отстоит от заявленной нами темы, которая звучит как двойственность, дуализм волны-частицы. Поэтому давайте снова вернемся к истокам квантовой механики, когда экспериментаторы впервые наткнулись на указанную проблему, а теоретики до сих пор так и не сумели внятно разъяснить, с какого рода явлением природы они имеют дело.

*
*   *

Дискуссия по вопросу дуализма велась на протяжении всего двадцатого века, начиная с открытия Планком в 1900 году кванта действия, затем, спустя примерно четверть века, с более или менее четкого осознания этой проблемы в работах де Бройля и Шредингера и, наконец, потянувшегося за ними длинного шлейф многолетнего спора между Эйнштейном и Бором. Гейзенберг, Паули, Дирак, Борн, Бом и прочие физики в различное время ввязывались в этот их спор, критикуя или поддерживая отдельные положения спорщиков.

Некоторые из участников дискуссии, например, Лауэ, в своей "Истории физики" объявил "...Вопрос о совместимости волнового и корпускулярного представлений, в настоящее время [т.е. на конец сороковых годов прошлого века] не является еще исторически зрелым". "Во всяком случае, — пишет он, — характерной чертой современной квантовой физики является то, что она не может ничего другого сказать о процессе, кроме вероятности его появления в определенный момент времени. Она вычисляет, например, вероятность освобождения электрона посредством света определенной интенсивности и частоты. Но установление причинной обусловленности лежит вне ее возможностей".

То, что нам представляется [=предлагается] сегодня некоторыми авторами популярных видеофильмов (в том числе, показанного в начале нашего фильма) не выдерживает никакой критики. Это то, против чего яростно выступали советские материалисты. Они клеймили не только так называемых "буржуазных физиков" за их махровый идеализм, но выступали также против субъективного видения действительности с элементами неприкрытого мистицизма и какого-то несерьезного, по-детски сказочного восприятия прозаических фактов, что явно пагубно отражается на обучении будущих исследователей.

Свою "Историю физики" Лауэ закончил так: "После 1900 г. в течение многих лет Планк стремился уничтожить пропасть между классической и квантовой физикой или хотя бы перебросить мост между ними. Он потерпел неудачу, но его усилия не были напрасными, так как доказали невозможность успеха таких попыток. Следствием этого является учение о «дополнительности», созданное в 1927 г. Нильсом Бором; речь идет о «дополнительности» старого корпускулярного представления об элементарных частицах и их волнового понимания в квантовой механике. В настоящее время к этому учению присоединились широкие круги физиков".

См. фильм с этим текстом

https://youtu.be/xsoLYqq0dJU