КЭД Странная теория света и вещества - Феинман Р.
ISBN 5-02-013883-5
Скачать (прямая ссылка):
Пространство
Рис. 66. Рассеяние света электроном атома — это явление, лежащее в основе частичного отражения света стеклом. Диаграмма показывает один из способов, которым такое событие может произойти в атоме водорода
фотона электроном могут быть просуммированы в результирующую стрелку посредством операций сжатия и поворота. (Впоследствии мы будем называть эту стрелку «5».) Ее величина зависит от ядра и расположения электронов в атоме, она различна для различных веществ.
Теперь давайте снова посмотрим на частичное отраже-гие света от стеклянной пластинки. Как оно происходит? Я говорил, что свет отражается от передней и от задней поверхностей. Говоря о поверхностях, я делал некоторое упрощение. На самом деле поверхности никак не действуют на свет. Входящий в стекло фотон рассеивается электронами атомов стекла, и в детектор попадает новый 90
фотон. Интересно, что сложение миллиардов маленьких стрелочек, отвечающих амплитуде рассеяния входящего фотона всеми электронами стекла, можно заменить сложением всего двух стрелок — для «передней поверхности» и «задней поверхности» — и получить тот же самый ответ. Давайте разберемся почему.
Чтобы с этой точки зрения разобраться в отражении света от стеклянной пластинки, надо принять во внимание временное измерение. Прежде, говоря о свете монохроматического источника, мы использовали вымышленные часы, запускаемые на время, пока летит фотон. Стрелка часов определяла поворот амплитуды для данного пути. В формуле P(A—В) (для амплитуды попадания фотона из одной точки в другую) никакие повороты не упоминаются. Что произошло с часами? Что произошло с поворотами?
В первой лекции я просто сказал, что источник света является монохроматическим. Чтобы правильно разобраться в частичном отражении от пластинки, мы должны внимательно рассмотреть источник монохроматического света. Амплитуда излучения фотона источником, как правило, меняется со временем: со временем изменяется направление этой амплитуды. Источник белого света — смеси многих цветов — излучает фотоны хаотическим образом: направление амплитуды изменяется резко и нерегулярно, рывками. Но конструируя монохроматический источник, мы делаем прибор, в котором все так тщательно устроено, что легко вычислить амплитуду излучения фотона в определенный момент времени: амплитуда вращается с постоянной скоростью, как стрелка часов. (На самом деле, стрелка амплитуды вращается с той же скоростью, что и стрелка наших воображаемых часов, но в противоположном направлении — см. рис. 67.)
Скорость вращения зависит от цвета света: как и ранее, амплитуда синего источника вращается примерно в два раза быстрее, чем амплитуда красного источника. Итак, то, что мы использовали в качестве «воображаемых часов», было монохроматическим источником: на самом деле угол поворота амплитуды для данного пути зависит от того, в какой момент фотон вылетел из источника.
После излучения фотона стрелка не поворачивается, пока он летит из одной точки пространства-времени в другую. Хотя формула для P(A—В) и утверждает, что у света есть амплитуда распространения со скоростью, отличной от с, в нашем эксперименте между источником и детектором относительно большое расстояние (по сравнению с атом-
91
ными размерами), и сохраняется только вклад в длину P(A—В), вносимый движением со скоростью с.
Чтобы заново начать рассматривать частичное отражение, прежде всего полностью определим наблюдаемое событие: детектор в А щелкает в определенный момент Т. Затем разделим стеклянную пластинку на несколько очень тонких слоев, скажем, шесть (см. рис. 68, а). Анализ, проведенный на второй лекции, показал, что практически весь свет отражается от середины зеркала, и хотя каждый электрон и рассеивает свет по всем направлениям, после
Время
Рис. 67. Монохроматический источник света это прекрасно сконструированный прибор, излучающий фотон легко предсказуемым способом: амплитуда излучения фотона в определенный момент поворачивается против часовой стрелки с течением времени. Поэтому амплитуда излучения фотона в более поздний момент имеет меньший угол поворота. Будем считать, что весь излучаемый источником свет распространяется со скоростью с (поскольку расстояния велики)
S Пространства
(монохромати чес -\ ний источник J
суммирования всех стрелок для каждого слоя единственным местом, где стрелки взаимно не гасятся, окажется как раз середина слоя, где свет будет рассеиваться в одном из двух возможных направлений: назад к детектору или прямо в глубь стекла. Поэтому результирующая стрелка события может быть получена путем сложения шести стрелок, соответствующих рассеянию света в шести промежуточных точках X1, . . ., X6, расположенных друг над другом по всей толщине стекла.
Хорошо, давайте вычислим теперь стрелку для каждого из шести путей, по которым может лететь фотон,— через шесть точек X1, ... , X6. Каждый путь состоит из четырех этапов. (Это значит, что надо будет перемножить четыре стрелки.)
92
(монохроматический S A(OBmBmOp)X1 Xfi Пространстбо источник)
