Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бутиков Е.И. -> "Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества" -> 30

Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества — М.: Физматлит, 2004. — 335 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyauglubleniyaizucheniya3stroenieisvoystva2004.pdf
Предыдущая << 1 .. 24 25 26 27 28 29 < 30 > 31 32 33 34 35 36 .. 151 >> Следующая


3 Е. И. Бутиков и др. Книга 3
66

II. ЗАКОНЫ МИКРОМИРА. ЧАСТИЦЫ И ВОЛНЫ

называем светом, проявлять либо корпускулярные, либо волновые свойства. Но в принципе невозможно осуществить эксперимент, в котором свет одновременно проявлял бы и те, и другие свойства. Этим устраняется логическая трудность. Действительно, нам больше не нужно пытаться представить себе, как это фотон может быть одновременно и волной, и частицей. Теперь корпускулярноволновой дуализм мы понимаем в том смысле, что свет обладает потенциальной возможностью проявлять и волновые, и корпускулярные свойства, но они никогда не проявляются одновременно. Соотношения Е= hv и р = hv/c означают, что между этими взаимно исключающими друг друга свойствами имеет место эквивалентность в том смысле, что меры этих свойств всегда пропорциональны. Эти свойства дополняют друг друга, ибо только их совокупность дает полное представление о свете. Но, как показывают соотношения неопределенностей, в любом явлении в зависимости от конкретных условий реализуется только одна возможность.

Корпускулярно-волновой дуализм присущ не только фотонам, но и любым другим микрообъектам.

Волны де Бройля. Мы уже упоминали об экспериментах, в которых наблюдалась дифракция электронов при прохождении их сквозь кристаллы. Но еще до осуществления таких экспериментов, в 1924 г., Луи де Бройль предположил, что все частицы должны обладать волновыми свойствами, подобными волновым свойствам света, и ввел количественное соотношение между длиной сопоставляемой частице волны и импульсом частицы, аналогичное соотношению между длиной волны и импульсом фотона:

к = ±. (4)

р

Несколько лет спустя Джермер и Дэвиссон, изучая рассеяние электронов кристаллами, обнаружили дифракцию электронов, подобную дифракции света на решетке. Атомы кристалла никеля, который использовался в опыте, образуют регулярную конфигурацию, которая действует подобно дифракционной решетке. Максимумы в распределении рассеянных кристаллом электронов находились на тех местах, для которых выполнялось условие

пк = d sin 0. (5)

Но это условие совпадает с известным условием для максимумов при дифракции волн на решетке с периодом d. Вычисленное по (5) значение длины волны к совпадало со значением, даваемым (4), с погрешностью до 1 %. Следовательно, электроны, отражаясь от кристалла, дифрагируют точно так же, как если бы они были волнами с длиной, предсказанной де Бройлем.
§ 8. СВЕТ — ЧАСТИЦЫ ИЛИ ВОЛНЫ?

67

Волновые свойства микрочастиц. Результаты этого опыта имеют фундаментальное значение, ибо они демонстрируют волновые свойства вещества, которые не могут быть поняты в рамках представлений о том, что вещество состоит из классических частиц. Более поздние опыты показали, что и другие частицы вещества, даже такие относительно крупные, как молекулы, также проявляют волновые свойства.

Когда реальность проявления волновых свойств микрочастицами стала очевидной, возникла необходимость как-то интерпретировать волны де Бройля, придать им определенный физический смысл. Появилась концепция «волны-пилота», в которой предполагалось, что волна в каком-то смысле «управляет» движением частицы. Но целый ряд экспериментальных фактов показывал, что такое весьма наглядное представление не приводит к внутренне непротиворечивой картине поведения микрочастиц. Правильное толкование этого вопроса стало возможным только после создания квантовой механики. Пока мы будем просто считать, что соотношение (4) дает нам длину волны, которую следует сопоставлять любому материальному объекту, если опыт показывает проявление этим объектом волновых свойств.

Еще о границах классического описания. Представления о волнах де Бройля можно, наряду с соотношениями неопределенностей Гейзенберга, использовать для выяснения вопроса о том, какой теорией, квантовой или классической, следует описывать конкретное явление. Для этого нужно сравнить сопоставляемую по формуле (4) изучаемому объекту длину волны с характерными размерами в соответствующей задаче, имея в виду, что волновые свойства объекта не играют существенной роли, пока эта длина волны не станет соизмеримой с характерными размерами. Например, длина волны электрона, находящегося в атоме водорода, сравнима с размерами самого атома. Поэтому квантовые эффекты в этом случае будут весьма существенными, и представления классической физики здесь заведомо неприменимы.

Сравним теперь длину волны де Бройля, сопоставляемую Земле, с размерами земной орбиты. Так как масса Земли М= 6-1027 г, скорость Земли на орбите v % 30 км/с, а расстояние от Земли до Солнца R « 15 • 107 км, то

2 kR Mv2xR

3-10

-75

Эта величина фантастически мала. Следовательно, движение Земли будет превосходно описываться классической механикой. Любые волновые или квантовые эффекты будут в этом случае меньше, чем, например, эффекты, вызванные столкновением Земли с протоном или электроном, содержащимся в космических лучах.
Предыдущая << 1 .. 24 25 26 27 28 29 < 30 > 31 32 33 34 35 36 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed