Статьи и речи - Максвелл Дж.К.
Скачать (прямая ссылка):
реальность, чем можно вообразить с классической точки зрения, и чем
точнее мы будем стараться рассматривать явление, тем большие флуктуации
будем в нем открывать.
Но принцип неопределенности (9) для электромагнитного поля относится, как
и в механике частицы, к произведению двух величин, т. е. чем более точно
измеряется электрическое поле, тем менее точно мы можем знать магнитное
поле, и наоборот. Однако, согласно формализму квантовой механики, каждое
поле в отдельности может быть измерено сколь угодно точно. Это сложный
вопрос и такой, относительно которого сначала были некоторые разногласия.
Ландау и я попытались доказать', что, хотя это и результат принципа
неопределенности, но фактически невозможно на практике при помощи какого
бы то ни было прибора измерить одно из полей само по себе сверх
определенного предела точности. Испускаемое излучение интерферирует с
полем пробных тел, которые должны применяться для наблюдения
первоначальных полей.
Нильс Бор не согласился с такой точкой зрения и в ряде статей, написанных
совместно с Розенфельдом2, доказал, что наши заявления неправильны. Они
доказали, что в принципе можно изобрести такие приборы, которые будут
измерять одну компоненту поля, усредненную по ко-
1 L. Landau and R. Peierls. "Zts. f. Phys.", 69, 56 (1931).
2 N. Bohr and L. Rosenfeld. "Kgl. Danske Videnskab. Selskab.,
Mat. fys. Medd.", 12, 8 (1933).
281
нечному объему или коночному времени (что из них выбрать - несущественно)
с любой степенью точности. Тем не менее любопытно отметить, что, когда мы
рассматриваем детали тех ограничений, которые необходимо наложить на
измерительный прибор, то результирующие операции выглядят совершенно
непохояшми на какие-либо измерения, которые экспериментатор стал бы
проектировать. Одна из трудностей состоит в том, что для того, чтобы
удерживать на низком уровне испускание излучения, которое, конечно, будет
стремиться исказить измеряемое поле, пробные тела должны быть сделаны
весьма тяжелыми. Это означает, что их движение и ускорение в иоле будет
только весьма малым, и поэтому смещение их должно быть измерено весьма
точно. Кроме того, эти пробные тела должны полностью заполнять
пространство в измеряемом поле, хотя они сами не должны создавать поля
или, по крайней мере, заметного поля, потому что можно устроить так,
чтобы было два таких испытательных тела и чтобы они перекрывались и
заполняли то же самое пространство в то же самое время. Например, можно
представить себе эти тела как налагающиеся решетки, несущие
противоположные заряды, так что только небольшое относительное движение в
противоположных направлениях в результате действия измеряемого поля
приведет к разделению зарядов. Это вызовет только малое поле, которое
можно удержать в пределах границ.
Таким образом, если мы хотим быть точными в измерении поля, то мы должны
измерять его своеобразными способами. Имеем ли мы право заявлять, что мы
измеряем поле, которое имелось бы в отсутствии этих пробных телец,
довольно трудно судить. Нормально, когда мы измеряем что-нибудь, мы
оставляем систему в неприкосновенности и быстро приносим измерительный
прибор. Здесь мы не можем этого сделать, потому что поля
электромагнитного излучения не остаются неизменными очень долго. Они
распространяются со скоростью света, и поэтому, так как измеряющая
аппаратура не может за ними угнаться она должна сохранить свое положение.
Аргументы Бора и Розенфельда основаны на фундаментальных законах
квантовой теории электромагнитного поля вне зависимости от того, какого
сорта малыми испытательными телами или частицами физик располагает на
самом деле. Самые тяжелые отдельные частицы, которые
282
мы знаем в природе, имеют конечную массу, поэтому мы не можем получить
систему испытательных тел, которая была бы сколь угодно тяжелой, как это
необходимо для таких воображаемых экспериментов. Разумеется, мы можем
построить большой предмет из атомов так, что он будет сколь угодно
тяжелым, но он будет также протяженным в пространстве и иметь внутренние
степени свободы. Тогда различные атомы смогут совершать колебания
относительно друг друга и создавать нарушающие радиационные эффекты,
вызывающие дальнейшие осложнения.
На самом деле, мы можем идти очень далеко при измерении электрических
полей, применяя электроны, потому, что электроны, как оказывается, не
сильно подвержены действию всяких других агентов. Еще лучшей частицей
является ц-мезон, который в двести раз тяжелее электрона, и поэтому
является лучшей пробной частицей. Насколько мы знаем, р-мезон также не
подвержен заметному действию чего либо другого, кроме электрических сил.
Правда, он сам по себе живет только две микросекунды, но это достаточно
долго для подобных экспериментов!
Если нам нужно что-нибудь потяжелее, то мы должны обратиться к таким
частицам, как протоны, которые очень сильно подвержены иным типам
взаимодействий, например взаимодействию с другими нуклонами. Конечно,
