|
2
=hν
0
. Используя
положения теории относительности он указал, что наблюдатель, относительно
которого частица движется с постоянной скоростью вдоль оси х´, будет воспринимать
ее как «фиктивную волну, связанную с движущимся телом.
Таким образом, де Бройль пришел к выводу: «что, быть может, каждое
движущееся тело сопровождается волной и что невозможно разделить движение
тела и распространение волны». Каждой движущейся частице с импульсом р
сопоставляется волна, длина волны которой определяется формулой λ = h/р. Эта
формула явно отражает корпускулярно-волновой дуализм. В самом деле, длина волны
является волновой характеристикой, а импульс - характеристикой частицы. Так что
волновому процессу с длиной волны λ отвечает частица с импульсом р, и, наоборот,
частице с импульсом р отвечает волна с длиной волны λ. Волновые свойства
движущейся частицы описываются с помощью волновой функции ψ.
Идея де Бройля о волнах материи позволила разъяснить смысл условия
квантования Бора. Таким образом, де Бройль открыл неожиданно простой смысл
условия боровского квантования орбит: на длине п-ой орбиты должно укладываться
целое число длин волн де Бройля. Это значит, что на боровской окружности волна де
Бройля замыкается сама на себя. По этому поводу физики в то время со смехом
говорили, что, по де Бройлю, электрон на боровской орбите «сам себя ловит за
хвост».
Эйнштейн сразу поддержал работу де Бройля, считая, что она «заслуживает
всяческого внимания». Идеи де Бройля воспринял также Бор, который стал самым по-
следовательным приверженцем идеи корпускулярно-волнового дуализма. Среди тех,
кто с самого начала поддержал идеи де Бройля, был Ланжевен. Вместе с тем, конечно,
не все физики того времени воспринимали идею де Бройля о волнах материи. Среди
них был Планк, а Лоренц отреагировал так: «Эти молодые люди считают, что от-
брасывать старые понятия в физике чрезвычайно легко!». Историки науки, например,
Ф. Хунд, задаются вопросом: «почему корпускулярно-волновой дуализм так поздно
был распространен на вещество?» Ведь идею о корпускулярно-волновом дуализме
света Эйнштейн выдвинул еще в 1905 г.! Мы видели, как относились физики к этой
гипотезе в течение длительного времени, а Эйнштейн, видимо поглощенный
создаваемой им теорией тяготения, не догадался обобщить соотношения для фотонов
на волны вещества. Но если бы он и высказал эти идеи в то время, то, можно не
сомневаться, это привело бы к еще большему их отторжению.
Высказанные де Бройлем идеи явились плодом его теоретических исканий и не
были связаны с каким-либо экспериментом. Однако сам де Бройль глубоко верил в их
справедливость и даже предполагал, как это может быть доказано. После того как идея
де Бройля была опубликована и стала известна физикам были предприняты попытки
обнаружить дифракцию электронов. В результате экспериментов Дэвиссона (1881-
1958), Кансмана, Джеймса Франка (1882-1964) и Вальтера Эльзассера возникли
прямые подтверждения волновой природы электрона. Однако эти эксперименты
можно было объяснять по разному. Только проведенные в 1927 г. опыты Дэвиссона
полностью подтвердили гипотезу де Бройля о существовании волновых свойств у
электронов.
За открытие дифракции электронов на кристаллах Дэвиссон и Томсон в 1937 г.
получили Нобелевскую премию.
Значительно позже Макс Борн писал: «Замечателен исторический факт, что
сыну человека, который установил корпускулярную природу катодных лучей, выпала
судьба показать их волновую природу». Парадоксальность гипотезы де Бройля,
подтвержденной опытами Дэвиссона и Томсона, красноречиво отмечал Шредингер в
1928 г.: «Некоторые исследователи (Дэвиссон и Джермер и молодой Дж.П. Томсон)
приступили к выполнению опыта, за который еще несколько лет назад их бы
поместили в психиатрическую больницу для наблюдения за их душевным состоянием.
Но они добились полного успеха».
Идеи де Бройля и блестящие эксперименты Дэвиссона и Джермера и Томсона
внесли сумятицу в умы физиков. До этого никто не сомневался в корпускулярной
природе электронов, т.е. в их сущности как частиц. Теперь оказалось, что они
обнаруживают интерференционные явления, как если бы они были волнами с длиной
волны, определяемой формулой де Бройля. По этому поводу Уильям Генри Брэгг
шутливо говорил так: следовало полагать, что по понедельникам, средам и пятницам
электроны являются волнами, по вторникам, четвергам и субботам - частицами, а
по воскресеньям они отдыхают. Что называется, подливал масла в огонь и сам
Дэвиссон, который в своей статье в 1928 «Существуют ли электронные волны?»,
писал: «Это в высшей степени парадоксально и способно привести в
замешательство. Мы должны поверить не только в то, что в определенном смысле
кролики суть кошки, но также и в том, что в некоем смысле кошки суть кролики».
Эта проблема стала предметом острых дискуссий в физике, о чем будет говориться
дальше.
Помимо рассмотренных выше классических экспериментов по дифракции
электронов в дальнейшем были выполнены также опыты, являющиеся аналогами
известных опытов по дифракции света. Позднее интерференционные и
дифракционные явления были открыты не только для электронов, но и для других
«частиц» – нейтронов, протонов, α-частиц и даже молекул. В настоящее время на
основе опытов с интерференцией электронов и нейтронов развились новые мощные
методы исследования кристаллов - электронография и нейтронография. Эти методы не
только не уступают методу рентгенографического анализа, но и в ряде случаев
оказываются более удобными и более точными.
Волновыми свойствами, согласно де Бройлю, обладают все материальные тела.
Однако для макроскопических тел длина волны де Бройля настолько мала, что
говорить об их волновых свойствах не имеет смысла. Например, для Земли (т = 5·10
27
г) при ее обращении вокруг Солнца со скоростью 3-10
6
см/с длина волны де Бройля
равна 4·10
-61
см.
Таким образом, многочисленные эксперименты подтвердили справедливость
гипотезы Луи де Бройля о том, что корпускулярно-волновой дуализм является общим
свойством материи. Это означало, что классическая физика, противопоставляющая
частицы и волны, не может описывать явления микромира. Назрела необходимость
создания новой механики микромира, которую Макс Борн в 1924 г. назвал квантовой
механикой.
За открытие волновых свойств электрона Луи де Бройлю в 1929 г. была
присуждена Нобелевская премия.
Do'stlaringiz bilan baham: |
