Дуализм волн и частиц

Если с электромагнитным полем (до появления квантовой теории, во всяком случае) всегда связывалось представление о материи, непрерывно распределенной в пространстве, то электроны, наоборот, долгое время рисовались физикам как некие крохотные комочки материи. Это подчеркивалось уже самим названием «частица», постоянно сопровождавшим слово «электрон». Частица, в конечном итоге,— просто ньютоновская материальная точка. Вот как воспринимался электрон большинством исследователей. Надо сказать, что во многих случаях это представление давало возможность разобраться в очень важных явлениях. О некоторых из них мы уже говорили, рассказывая об электромагнитных силах в действии.

И вот постепенно все стали забывать, что многие черты в «классическом портрете» электрона появились, так сказать, авансом. К ним привыкли. Они сделались для многих чуть ли не само собой разумеющимися, и отказ от них протекал очень болезненно. А необходимость в таком отказе делалась все очевидней. Все больше накапливалось фактов, говоривших, что классическая электронная теория, приводя в ряде случаев к хорошему качественному описанию, далеко не безупречна, когда речь заходит об описании количественном. Более того, иногда эта теория вообще приводила к каким-то странным, парадоксальным выводам. Напомним хотя бы уже упомянутую задачу об излучении электромагнитных волн нагретыми телами или фундаментальную проблему строения атомов.

Становилось все яснее, что назревает какой-то радикальный пересмотр старых установившихся представлений.

И вот в 1923 году молодой тогда французский физик Луи де Бройль выступил с идеей, которая была настолько необычной и казалась столь парадоксальной, что нашлось немало людей, воспринявших ее иронически. Де Бройль выдвинул гипотезу, согласно которой и электрон, и любые другие частицы должны иметь волновые свойства наряду с корпускулярными. Другими словами, та ситуация, которая уже создалась для электромагнитных волн, переносилась на все без исключения виды материи.

0256.gif

Скептики не долго иронизировали. Прошло немного времени, и за существование у электрона волновых свойств проголосовал авторитетнейший из арбитров — опыт!

Было доказано, что электроны, отражаясь от кристалла, ведут себя абсолютно так же, как это положено добропорядочным волнам.

Сомневаться в том, что и корпускулярные, и волновые свойства имеются у материи

в любом ее проявлении, стало уже невозможно.

В науку вошла идея о так называемом корпускулярно-волновом дуализме.

Что же такое корпускулярно-волновой дуализм? Буквально «дуализм» означает двойственность, единство двух качеств. И у света, и у электронов проявляются, казалось бы, взаимно исключающие друг друга свойства частиц (корпускул) и волн.

Но ведь не может же электрон (будем конкретности ради говорить о нем) быть одновременно и частицей, и волной? Ведь мы сами только что подчеркивали несовместимость этих двух образов!

По-видимому, приходится ответить: да, не может. Значит?..

Значит, сказав, что электрон и волна, и частица, мы тем самым признали, что он не является, строго говоря, ни тем, ни другим — не является ни частицей в обычном смысле слова, ни волной. (То же самое относится к фотону.) Все частицы — это, если угодно, кентавры микромира.

1 2