Вместо тысячи солнц. История ядерной бомбы, рассказанная её создателями

Примерно через год было найдено менее схематичное объяснение связи между распространением этих волн и наличием простых сил в такой системе, как атом водорода, где электрон просто притягивается электрическим зарядом протона. Эта универсальная двойственность волны-частицы сразу же привела к ряду результатов. Во-первых, она трактовала стационарные состояния не как орбиты, а как нечто новое, чему нет аналога в классической теории и что постоянно во времени, но не статично! Действительно, если измерить кинетическую энергию или средний квадрат импульса электрона в стационарном состоянии, то они не будут равны нулю, но будут одинаковыми в любой момент времени; с течением времени они не меняются. Очень быстро была установлена тесная связь между свойствами этих волн и «принципом соответствия» Бора. Но я не стану рассматривать эти вопросы, которые носят несколько математический характер. Я хочу рассмотреть вопрос о том, каким путем открытие универсального характера двойственности волны-частицы дало ключ к пониманию взаимосвязи между волновыми и корпускулярными свойствами света и всей материи вообще. Верно, например, что и обычный кирпич связан с волной. Но эта идея совершенно бесполезна, так как размеры кирпича намного больше длины его волны, и нам никогда не удастся наблюдать эффекты интерференции в отношении к макроскопическим объектам.

Двойственный характер волны-частицы проявляется в одном индивидуальном случае очень четко – и это весьма поразительное явление. Давайте вспомним наши две щели. Источником может служить либо источник света, либо источник электронов. Гребни волн интерферируют и тем самым создают яркие точки картины, в то время как интерференция между гребнем и впадиной соответствует более темным участкам на экране. Этот факт указывает на то, что связь между волновой природой частицы и ее местонахождением носит статистический характер: чем больше интенсивность волны в данном месте, тем больше вероятность обнаружения здесь частицы, и наоборот, там, где интенсивность волны мала вследствие ослабляющей интерференции, вероятность обнаружения частицы меньше.

Чтобы внести ясность в проблему волны-частицы, необходимо привести следующие соображения. Если предположить, что квант света проходит через одну из прорезей, подвергаясь при этом воздействию другой прорези, через которую он не проходит, то мы придем к невероятному объяснению природы: получается, что объекты, явления, не участвующие в эксперименте, могут повлиять на его результат. Например, наше присутствие здесь может оказать воздействие на исход эксперимента, проводимого в здании реактора на некотором расстоянии отсюда. Эта мысль ни к чему не ведет. Значит, главное в следующем: в эксперименте наблюдается интерференция световых или электронных волн, проходящих через две щели (в более общем случае будет наблюдаться однонаправленный характер пропускания света через длинную решетку из щелей). Но она будет наблюдаться до тех пор, пока вы не попытаетесь доискаться, через какое отверстие прошел свет или электрон. Стоит приделать пружинку к одной из щелей, с тем чтобы проследить за мерцанием света в данной щели, как интерференционная картина будет разрушена и вы получите ту картину, которая наблюдалась бы только при одной открытой щели. Как же это может быть?

Рис. 4

Дело в том, что не только свет и электрон, но и сами щели могут быть представлены волновым полем. Волновое же поле, сколь оно ни абстрактно, обладает следующим свойством: если требуется его сосредоточить в небольшой области пространства, необходимо иметь там волны различной длины, которые бы взаимно усиливались внутри этой зоны и взаимно уничтожали друг друга вне ее.

Если Δ_x – размер области пространства, то соответствующий разброс длин волн Δ_λ определяется неравенством

Таким образом, чем меньше зона, в которой сосредоточено возмущение, тем больше разброс длин волн. Если вспомнить, что p = h/ λ, то нетрудно, понять, что налицо разброс импульсов, что

Δ_pΔ_x ≥ h,

т. е. разброс в значении импульса, умноженный на разброс в размерах области пространства, не может быть меньше кванта действия или постоянной Планка. Такой результат верен в отношении света, электрона, щели, а также всего остального, что вы захотите изучать. Это обеспечивает вполне логичное ограничение, показывающее, когда можно и когда нельзя использовать понятие волны и понятие частицы. Это ограничение носит универсальный характер в том смысле, что любой измерительный прибор ограничен в своей возможности одновременно определять и положение и импульс объекта вашего изучения.