Эфир (Часть 9)
Дуализм волны-частицы.
Физика Дж. Дж. ТомсонаО.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 КвантЕсли 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 картинаТакую 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. ТомсонаОб эксперименте Майера Томсон упоминает на странице 255, когда он заканчивает математическое описание своей модели. (...)
Ссылка Томсона на эксперимент МайераМодель 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 (Ee = Em) 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-схоластРелятивист-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 дыраМежду 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 ТомсоныКаждый 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 БройльИтак, 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 ГерцНапомним, 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 ЛенардБлагодаря 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 РентгенСвою 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 МаричСчитается, 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 ТимирязевКнига 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 aэ и Tэ и своя пара kэ и Eэ. 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".
*
* *К дискуссии ученых Западного мира присоединились марксисты Советского Союза, которых можно было бы сейчас и проигнорировать, если бы они говорили сплошные глупости. Но среди них были вполне здравомыслящие теоретики, например, Владимир Александрович Фок. С его позицией нам полезно ознакомиться. На нашем сайте помещена статья "Об интерпретации квантовой механики", опубликованной в журнале "Успехи физических наук" за 1957 год.
В преамбуле статьи Фок написал: "Как не раз бывало в истории физики, математическая часть теории, вместе с некоторыми формальными рецептами, связывающими теорию с опытом, была построена раньше, чем были выработаны соответствующие физические понятия".
Действительно, так бывает, сначала появляются математические формулы и уравнения, а соответствующие им понятия или пространственно-механические модели приходят позже. Может случиться так, что адекватные понятия и модели вообще отсутствуют.
Таких примеров в физике предостаточно. Возьмите закон Ома; он гласит: сила электрического тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Сам термин "электрический ток" подразумевает некую электрическую жидкость, а не поток электрических частичек. Во времена Ома ничего не знали об электронах, да и сейчас плохо представляют, что это такое — волна или частица? Как раз сейчас мы бьемся над этой проблемой.
В отношении, например, уравнений Максвелла ситуация сложилась еще хуже. Максвелл построил некую модель эфира, состоящую из плотноупакованных шестиугольных призм, внутри которых циркулирует жидкость. Он, конечно, понимал весьма приблизительное ее соответствие с реальным эфиром, поэтому в поздних своих работах апеллировал в основном к уравнениям, в правильности которых он не сомневался.
*
* *Из геометрической оптики нам хорошо известно, что существует два представления о распространении света — лучевое и волновое. Прямолинейные лучи ассоциируются с беспрепятственным движением частиц сквозь пустое пространство; сферические же волны, отвечающие принципу Гюйгенса, предполагают наличие упругой среды, в которой могут возбуждаться волновые колебания. Лучи и волновые фронты ортогональны друг другу.
Представления о свете, как о мельчайших корпускулах, распространяющихся в полной пустоте строго прямолинейно, исторически возникли первыми. Но в XVII веке вместе с зарождением теоретической физики возникло волновое представление о свете, автоматически приводящее к понятию эфира, т.е. некой упругой среды, где могли бы существовать эти волны.
Первым большим успехом такого взгляда на вещи явилось геометрическое объяснение Гюйгенса явления отражения и преломление света на границе двух сред с различными оптическими свойствами. Затем, Гук, Гримальди, Юнг и Френель детально изучили и прекрасно объяснили такие явно волновые явления как интерференция и дифракция. Наконец, Фарадей и Максвелл создали электромагнитную теорию поля, которая в действительности описывает процессы, протекающие в эфире.
Фейковое понятие поля не смогло вытеснить такое очевидное эфирные представление, как ток смещения, введенное Максвеллом. Ток смещения в диэлектрике обусловлен смещением отрицательно заряженных электронных оболочек относительно положительно заряженных ядер. В результате движения этих зарядов образуются диполи. Но ток смещения возникает и в полном вакууме, что свидетельствует о смещении виртуальных, явно не обнаруживаемых электрических зарядов. Следовательно, вакуум это не пустота, а некая среда, в которой на изменение электрической напряженности возникает зарядовая диссоциация, появляется дипольный момент. Что в нём, в глубоком вакууме, может смещаться — пока не понятно.
Или, возьмите скорость света, равную скорости перемещения электромагнитной волны. Она также подразумевает некую среду, в которой эти волны распространяются. В веществе скорость акустических волн выражается формулой
Скорость электромагнитных волн определяется аналогичной формулой, только плотность и характеристика сжатия вещества заменяются электрической и магнитной постоянной вакуума:
Скорость электромагнитных волн в веществах уменьшается на величину, зависящую от электромагнитных свойств вещества, но поперечный характер волн не меняется. Это говорит нам, что вещество, легко изменяющее свою структуру в зависимости от физических и химических условий, является всего лишь надстройкой над неким эфирным фундаментом, на который указанные условия не влияют.
То, что электромагнитные колебания, носят поперечный характер, нашел Огюстен Френель. Он пришел к этому выводу, когда понял, почему свойства поляризованного света зависят от угла в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Проанализировав свойства поперечных колебаний, Френель переосмыслил процесс отражения света от поверхности преломляющих тел, вывел законы двойного лучепреломления и разработал теорию распространения света в анизотропных средах. Однако из поперечного характера электромагнитных волн немедленно следует, что светоносная среда — твердая.
Тогда возникает вопрос: как можно физическим объектам — например, планетам Солнечной системы — перемещаться в твердом теле? Поэтому сторонники эфира, включая нынешних, представляют эфир в виде тонкой, почти невесомой газовой среды, которая практически не оказывает сопротивление механическому движению тел, в частности, тем же планетам.
[Далее демонстрируется фрагмент выступления Ацюковского]
Ацюковский Владимир Акимович вслед за ошибкой существования эфира в виде газовой среды, совершает следующую ошибку. Он заставляет газовый эфир перемещаться на большие расстояния. С помощью этого движения он объясняет, например, образование спиральных галактик.
[Идет следующий фрагмент выступления Ацюковского]
Если газовый эфир как-то перемещается в пространстве, значит, скорость света будет складываться со скоростью движения эфира. Известно, например, что при сильном ветре звуки человеческой речи могут достигать уха человека, стоящего на большом расстоянии от говорящего. Звуки речи относятся ветром, т.е. здесь происходит сложение звуковых колебаний со скоростью ветра. Ничего подобного в космосе не наблюдается: скорость света повсюду во вселенной распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью.
Ацюковский в начале говорит, что в спиральных рукавах эфирные потоки, а вместе с ним и звезды, закручиваются в вихре подобно воронке, когда в наполненной водой ванне открывают канализационное отверстие.
Сегодня скорость звезд в рукавах и самих рукавов спиральных галактик измерена. Оказалось, что динамика звезд подобна динамики облаков в атмосферных циклонах и антициклонах. Движение облаков, разумеется, не подчиняется законам Кеплера. Не обнаружив этих законов для спиральных галактик, сегодняшние космологи кинулись искать темную материю. Занятие, как уже отмечалось нами, абсолютно бесперспективное.
Ацюковский оказался, по-видимому, прав, когда сравнил движение звезд внутри рукавов с вращением воды во время ухода ее в отверстие ванны. В статье Фридмана (рис 7) показан Градиент возраста звезд в окрестности коротационной окружности. Этот градиент (короткие стрелки), действительно, укладывается в известный нам образ круговорота в атмосфере или океане. Однако неправильно думать, будто закручивание обеспечивается вращением эфирного газа. Эфир неподвижен и тверд в силу указанных выше причин. Ацюковский ошибся, поскольку не учел, очевидно, явление поляризации света, о котором рассказывалось только что.
Сегодня стыдно уже задавать вопрос, как могут планеты вращаться вокруг Солнца? Со времени Джозефа-Джона Томсона все серьезные физики понимают, что планеты, как и все прочие физические тела, не являются инородными телами для эфирной среды. Они буквально "сделаны" из эфира, представляют собой эфирные возбуждения и перемещаются в пространстве подобно вихрям в атмосфере или океане без значительного переноса массы воздуха или воды при своем поступательном движении.
Людей, которые отрицают эфирную среду, вообще, вряд ли можно называть полноценными учеными, поскольку любой мало-мальски думающий человек — будь то школьник, пенсионер или домохозяйка — понимает, что скорость света автоматически предполагает неподвижную среду, в которой он распространяется. Любая скорость измеряется относительно чего-то.
В частности, скорость распространения акустических волн измеряется относительно неподвижной вещественной среды — газовой, жидкой или твердой — неважно; пускай даже она сама как-то перемещается в пространстве. c-Константа, фигурирующая в электродинамике Максвелла, есть скорость распространения электромагнитных волн относительно неподвижной эфирной среды. Более того, эфир предоставляет абсолютную систему координат, в которой записываются уравнения Максвелла и рассматриваются все разнообразные электромагнитные процессы, включая аберрацию и эффект Доплера.
*
* *Но вернемся к статье Фока. Она нам служит путеводителем долгой и запутанной истории, случившейся с решением дуализма волны-частицы. В первом параграфе Фок пишет: "Первоначально выдвинутая де Бройлем и Шредингером точка зрения состоит в том, что в квантовой механике волновая функция представляет собой некоторое поле, подобное электромагнитного. Стационарным состояниям атомов соответствуют, по Шредингеру, собственные колебания этого поля. Немного позже де Бройль выдвинул несколько иную точку зрения, согласно которой поле является носителем частиц и определяет их движение в классическом смысле (волна-пилот или волна-лоцман)".
В начале фильма мы сказали, что Томсон намного опередил де Бройля, когда сказал, что свет можно представлять не только в виде волн, но и виде корпускул. Такой вывод Томсон сделал, как мы знаем, на основании анализа экспериментов Ленарда с катодными лучами. В конце 19-го века шла горячая дискуссия в отношении природы катодных лучей. Что это — волны или частицы? Кто прав — Исаак Ньютон с корпускулами или Томас Юнг с волнами.
Но вот наступил век 20-й, в котором элементы абсурда проявились не только в живописи, литературе, философии, психологии, но и в сфере физики. На арену вышли нахальные молодые юнцы, с ухмылкой на лице смотрящие на проблемы стариков. "А чего тут думать? — говорили они. — Кто хочет, пусть принимает свет за поток частиц, другие пусть принимают его за волны". В обществе витал философский дух парадоксального релятивизма, который не видел большой разницы между позициями Коперника и Птолемея.
В этой атмосфере соединения противоположных объектов рождается кентавр с головой-частицей и телом-волной. Преимущества де Бройля над смутными представлениями Томсона как раз и заключаются в отвлеченном формализме. Француз, в отличие от англичанина, не размышлял над физикой явления: как можно соединить волну и частицу в одном месте и в одно время. Он написал элементарную формулу, исходя из согласования единиц измерения. В ней непременно должна была фигурировать модная на тот момент постоянная Планка.
В общем, де Бройль попал, что называется, пальцем в небо: никаких разумных доводов в оправдание своей формулы он не привел. Но ему сильно повезло. Два молодых американца, Дэвиссон и Джермер, в 1927 году экспериментировали с всё той же катодной трубкой (на этой фотографии они ее держат). Они направили поток электронов на металлическую пластинку, сделанную из никеля. Она послужила естественной дифракционной решеткой. И тут произошло чудо: брэгговская длина волны между дифракционными максимумами совпала с длинной волны де Бройля.
Аналогичный эксперимент, как мы уже знаем, проделал сын Дж. Дж. Томсона. После этого все физики мира призадумались, как надо понимать столь парадоксальный факт.
Модель электронного дуализма в духе "волны-пилота" мы здесь подробно рассматривали в изложении Дж. Дж. Томсона по его лекции, прочитанной им 8 марта 1928 года. Эту лекцию докладчик заканчивает так:
"В настоящей лекции я стремился показать, каким образом недавно открытые свойства электронов приводят нас к тому выводу, что электрон не является конечной ступенью в структуре материи; что он сам обладает структурой, будучи построен из еще меньших электрических зарядов. С помощью такого рода представлений оказалось возможным объяснить недавно открытые явления. Результаты вышеизложенной теории во многом совпадают с результатами, полученными путем разработки новой волновой механики, появлением которой мы обязаны Луи де-Бройлю, Шрёдингеру и другим. Это совпадение тем более замечательно, что обе вышеназванные теории резко разнятся с моей в самых своих основах. Теория де-Бройля носит чисто аналитический характер, теория, изложенная мною сегодня, — чисто физический. Я пытался показать, что недавно открытые свойства электрона аналогичны тому, что мы имеем в других отделах физики, и дать вместе с тем картину структуры электрона, которая объясняла бы эти свойства [с классических позиций].
Интересно отметить, что при таком взгляде на электрон применение методов классической механики ведет к результатам, которые раньше считались исключительной особенностью квантовой механики. Отсюда, мне кажется, можно сделать тот вывод, что необходимость этого нового типа механики связана с особыми специальными представлениями о природе электрона.
Опыты, описанные мною, точно так же, как опыты Дэвиссона и Кенсмена и Дэвиссона-Джермера об отражении электронов от кристаллов, открывают поле для совершенно новых исследований. Будем надеяться, что эти исследования помогут нам разрешить громадной важности вопрос о природе электрона".
"Эта точка зрения (т.е. интерпретация волны-пилота), — пишет Фок, — была вскоре оставлена де Бройлем, но впоследствии, через 25 лет, он к ней вернулся".
Классическая идея де-Бройля и Дж.Дж. Томсона некоторым образом перекликается с классической идеей Эйнштейна. Далее Фок называет причины, почему движение электрона нельзя толковать в классическом духе.
Фок приветствует принцип соответствия Бора, который заключается в том, чтобы в классическое движение электрон переходил в предельном случае.
Во втором параграфе Фок слегка журит Бора за неудачно выбранную терминологию. Но "на самом деле его позиция гораздо ближе к материалистической, чем это может показаться из чтения его работ ". "Бор готов отказаться от применения термина «неконтролируемое взаимодействие», который он считает неудачным". "Новизна идей Бора и трудно понятное их изложение, использующее не всегда удачную терминологию, дали повод ко многим недоразумениям и неправильным толкованиям их в духе позитивизма".
"... И трудно понятное их изложение". Основной трудностью, по-моему, нужно считать то, что Бор в течение многих лет менял свою теоретическую позицию по данному вопросу. Переходя на новый уровень понимания ситуации с дуализмом волны-частицы, он продолжал использовать старую терминологию, в которую вкладывал слегка иной смысл. И это понятно. Как ученый Бор сформировался под мощнейшим воздействием чисто формальных идей Эйнштейна. Но долгие раздумья над проблемой вынудили его рассуждать всё-таки в конструктивном духе.
Фок, правда, не употребляет привычную для нас пару: конструктивизм и формализм, а пользуется марксистскими терминами: материализм и идеализм или, чаще всего, материализм и позитивизм. Но сдвиг мировоззрения Бора от формального к конструктивному Фок, естественно, заметил и приветствовал.
Трудности понимания идей Бора, которое отмечал не только Фок, но и другие исследователи его творчества, не спасает предупреждение Бора, сделанное к сборнику статей, написанных в периоды 1932—1939, 1949 и 1955—1957 гг. Там он пишет: "Мы не рассматриваем здесь какие-либо туманные аналогии, а исследуем условия для надлежащего применения слов и понятий, выражающих наши опытные знания".
Действительно, в статьях приведено описание огромного числа опытных установок. Казалось бы, это должно помочь нынешним историкам науки понять идеи Бора. Однако детальное описание опытных установок заслоняет общую картину развития его взглядов. Выводы, к котором он пришел в конце жизни, вовсе не просматриваются в его мысленных экспериментах аля-Эйнштейн периода 30-х годов.
Но главное даже не это. Беда состоит в том, что Бор постоянно находился в положении спорщика, полемизировавшего с большим кругом своих оппонентов, главным из которых был, конечно, Эйнштейн. Между тем, нет более бессмысленного занятия, чем следить за витиеватой аргументацией формалиста-релятивиста.
Статистическая картина мира, навязанная квантовой механикой, создала впечатление, будто нет других проблем, как только думать над разрешением проблемы дуализма волны-частицы или неопределенности Гейзенберга. Построением моделей эфира — в действительности основной и самой актуальной задачей реальной физики — никто не занимался. Стоило кому-нибудь вроде Дж. Дж. Томсона или Филиппа Ленарда заикнуться на счет эфира, как тут же вся эта свора релятивистов, забыв про свои разногласия, набрасывалась на смельчака, усомнившегося в правильности пути, выбранного современными схоластами.
Ни в Европе, ни в Америке не сложилось такой ужасной ситуации, как в России. Если Томсону и Ленарду никто не запрещал публиковаться в научных журналах, то наших антирелятивистов к 30-му году прошлого столетия полностью лишили такой возможности. Причем запрет шел с самого верха, поскольку релятивисты захватили власть в Академии, во всех крупных институтах и университетах, а также всех научных редакциях, издающих статьи, учебную литературу, популярные книги для молодежи. Правоту свих догматических учений релятивисты доказывали путем тотального запрета на инакомыслие в сфере физики и смежных областях. Однако вернемся к разбору статьи Фока, где мы остановились.
*
* *
Далее он пишет: "Наиболее крайнюю позитивистскую позицию занимает П. Йордан; другие, более серьезные, физики, как-то М. Борн, В. Гейзенберг и др., одно время сильно увлекались позитивистскими взглядами, но теперь постепенно от них отходят. Так, в одной из своих последних работ, напечатанной в сборнике, посвященном 70-летию Нильса Бора, В. Гейзенберг признает уже объективность понятия квантового состояния".
Проблема заключается в том, что вероятностное толкование электронной функции еще не означает "отказ от объективности микромира и его законов, т. е. отказ от основного положения материализма. По мнению последователей школы де Бройля, только детерминизм классического типа совместим с материализмом. Свою точку зрения они называют поэтому детерминистической".
В 4-м параграфе Фок пытается "указать основные особенности квантовой механики, отличающие ее от классической". "В классической физике, — продолжает Фок, — можно было в гораздо большей степени отвлечься от средств наблюдения, чем это возможно в квантовой физике". Ведь, "масштабы объектов, с которыми оперируют классическая физика, с одной стороны, и квантовая физика, с другой, совершенно различны".
Масштабы здесь не при чем. В данном случае Фок идет в фарватере, выкопанном формалистами-позитивистами. Решение лежит в другом: в раздельном наблюдении движения электрона как волны и как частицы. Волна и частица движутся в разных, взаимно ортогональных пространствах, как мы уже знаем. Фок далее подойдет к этому раздельному их рассмотрению, но пока он делает экивоки в сторону возможных возражений со стороны оппонентов. Говорит на темы не слишком принципиальные сейчас для нас.
Наконец, в 6-м параграфе он указывает на раздельность рассмотрения микрообъектов (электронов, протонов и других квазичастиц), которое достигается при помощи различных приборов, различных методик измерения и различных внешних условий. Так как "для проявления разных свойств атомного объекта нужны и разные внешние условия".
"...Для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя в зависимости от внешних условий либо как волна, либо как частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих атомному объекту, и состоит дуализм волна—частица. Всякое иное, более буквальное понимание этого дуализма в виде какой-нибудь модели — неправильно. В частности, предложенная де Бройлем и его школой (куда попал и наш уважаемый Томсон) модель частицы несомой волной (т.е. волной-пилотом) или модель частицы, как особенной точки поля (это позиция Эйнштейна), абсолютно непригодны".
В последующих параграфах Фок пускается в рассуждения по поводу различий в понимании вероятности, разбору других проблем, которые мы сейчас затрагивать не станем. Остановимся лишь на одном удивлении автора в отношении Эйнштейна, которое он высказал в примечании к 9-му параграфу.
"Любопытно, — пишет Фок, — что Эйнштейн, который много сделал для теории квантов в начальный период ее развития и первый ввел в физику априорные вероятности, стал впоследствии противником квантовой механики и сторонником детерминизма; он не раз полушутя полусерьезно говорил, что никак не может поверить, чтобы Господь Бог играл в кости".
Моё добавление здесь такое. Эта коллизия, на которую обратил внимание Фок, разрешается самым банальным образом. Не Эйнштейн, а Милева Марич писала статьи 1902 – 1905 годов по теории квантов. И не он, а его первая жена написала главную статью по объяснению фотоэффекта и теории фотонов. За эту статью, которая называется "Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света", Эйнштейн получил Нобелевскую премию (деньги, правда, он отдал жене, чтобы она оплатила лечение их младшего сына). Об этом подробно рассказывается в соответствующих разделах нашего сайта.
Аналогичное недоумение, между прочим, высказал Борн в статье "Непрерывность, детерминизм, реальность".
"На определенной стадии своего развития, — пишет Борн, — теоретическая физика, идя своим собственным путем, была вынуждена отказаться от значительной части традиционных философских идей и заменить их новыми. Тем не менее, ряд ведущих физиков — в том числе Эйнштейн, де Бройль и Шредингер — не приняли нового способа мышления.
Свои возражения против современной интерпретации квантовой механики Эйнштейн формулировал неоднократно, причем не в расплывчатых философских терминах, а на основе простых модельных примеров. Тот же метод будет использован и здесь. Обсуждаемая ниже модель в своих основных чертах похожа на эйнштейновскую".
Дальше Борн высказался еще резче: "Взгляды Эйнштейна представляют собой философское убеждение, которое не может быть ни доказано, ни опровергнуто физическими аргументами. Единственное, что можно сделать в плане возражений этой точке зрения, это сформулировать другое понятие реальности ...".
В Заключении Борн недвусмысленно заявил: "Непосредственное сравнение квантовой механики с детерминистски сформулированной классической механикой (чем постоянно занимался Эйнштейн после расставания с Милевой Марич) является неправильным".
Борн, как Фок, Бор и другие физики, не догадывался, что при совместном проживании супружеской пары, практически все научные статьи писала жена и отсылала их в немецкий журнал "Анналы физики". Так как зарплата мужа в патентной конторе была маленькой, то с целью подзаработать немножко денег, Марич написала более десятка обзорных статей на самые разнообразные темы и послала под вымышленными фамилиями в тот же самый авторитетный журнал "Анналы физики".
*
* *В 10-м параграфе Фок высказал, пожалуй, самую важную идею, которую, к сожалению, не услышали ни старые, ни новые капитаны науки. Речь идет о Соотношении Гейзенберга вида
Координата и импульс — это два сопряженных параметра, которые относятся к различным пространствам измерения. Измерению подлежит что-то одно: либо координата электрона, либо его импульс. Не пытайтесь измерить оба этих параметра в одном эксперименте.
Фок напоминает, что "В первые годы развития квантовой механики, в ранних попытках ее статистического толкования, физики еще не отрешились от представления об электроне, как о классической материальной точке. Об электроне говорилось так, как если бы это была частица с определенными значениями координаты и скорости [импульса], но неизвестно, какими именно. Соотношения Гейзенберга толковались, как соотношения неточностей, а не соотношения неопределенностей. ...
Обе вероятности (в пространстве координат и в пространстве импульсов) рассматривались одновременно, как если бы значения координат и импульсов были совместными. Выражаемая соотношениями Гейзенберга фактическая невозможность их совместно измерить представлялась, при таком рассмотрении, как какой-то парадокс или каприз природы, в силу которого, будто бы, не всё существующее познаваемо.
Все эти затруднения отпадают, если полностью признать двойственную корпускулярно-волновую природу электрона, выяснить сущность этого дуализма и понять, к чему относятся рассматриваемые в квантовой механике вероятности. Чтобы не повторять того, что было уже разъяснено выше, напомним только, что получаемые из волновой функции вероятности для разных величин относятся к разным постановкам опыта и что они характеризуют не поведение частицы «самой по себе», а ее воздействие на прибор определенного типа".
В последнем абзаце фигурируют термины — "двойственность" и "дуализм". "Двойственность" подразумевает различие между двумя объектами, которые находятся в разных пространствах, несовместны или несовместимы, их нельзя ставить рядов. Те, кто говорит о дуализме двух разнородных объектов, легко нарушают этот запрет, рассматривает их одновременно, ставит их в один ряд, а потом кричит: "Караул, квантовая механика парадоксальна!" Вместо того, чтобы говорить о наличие здесь противоречия, что явно свидетельствует о ложности теории, они перекладывают свои ошибки на природу. Смотрите, мол, с чем имеем дело, когда погружаемся в мир атомов.
Заканчивая статью, Фок раздает поучительные рекомендации, выдержанные, разумеется, в марксистском духе. Их пропустим; задержимся лишь на двух моментах. Первый касается Лауэ, которого до этого мы цитировали. "Нельзя также ссылаться на то, — пишет Фок, — что понятия обычной квантовой механики не являются последним словом науки, или на то, что удовлетворительная квантовая теория поля еще не построена (как об этом заявил Лауэ). Всякая теория, в том числе и квантовая механика, представляет лишь относительную истину, но это не дает основания для непризнания внесенных ею новых идей и понятий".
Продолжение предыдущего пассажа представляется мне абсолютно ошибочным. "Физические понятия, — пишет Фок, — несомненно, будут развиваться, но уже сейчас ясно, что это развитие пойдет в сторону дальнейшего отхода от классических представлений, а никак не в сторону возврата к ним. В частности, не имеют под собой никакой почвы высказываемые некоторыми физиками школы де Бройля надежды на возврат в какой-нибудь новой форме к классическому детерминизму. Тот, кто пытается во имя материализма отрицать новые идеи и реставрировать старые, оказывает материализму плохую услугу".
В отношении де Бройля, Шредингера, Эйнштейна и прочих "классиков" замечание Фока справедливо: таким путем идти нельзя. Но отказываться от классического детерминизма в целом — не следует. Не забываете об эфирных теориях, которые были сметены с научной арены молодой генерацией формалистов. Фок представил решение трудной задачи, которая появилась благодаря проведению тончайшего опыта. Они касались физики как таковой — излишне здесь говорить какой — квантовой или классической.
Фока мы безжалостно критиковали на странице сайта, где говорилось о парадоксе часов (или близнецов). Он дал совершенно негодное решение этого парадокса. "Если читатель захочет испытать на себе, как на мухе дрозофиле, действие полной дозы нового схоластического препарата, он должен взять из библиотеки или в Интернете книгу академика Фока «Теория пространства, времени и тяготения» и открыть ее в районе страниц 58 – 62, где излагается удивительно неправильное и путаное решение парадокса часов". Фок участвовал в травле физиков-традиционалистов в нашей стране. Но, что касается проблемы дуализма волны-частицы, он дал исчерпывающее и абсолютно прозрачное ее решение, показав попутно всю надуманность соотношения неопределенностей Гейзенберга.
См. фильм с этим текстом
http://youtu.be/6x9fPtk8UTE
|
|