Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Пирс Дж. -> "Квантовая электроника" -> 8

Квантовая электроника - Пирс Дж.

Пирс Дж. Квантовая электроника — М.: Мир, 1967. — 138 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantovayaelektronika1967.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 7 < 8 > 9 10 11 12 13 14 .. 46 >> Следующая


23 иметь любую скорость, меньшую скорости света. На них воздействуют электрические и магнитные поля, которые не влияют непосредственно на фотоны. А длины волн у электронов, с какой бы из обычных своих скоростей они ни двигались, гораздо меньше, чем у видимого света.

Есть и еще одно, крайне существенное различие. Оно связано с поведением больших «ансамблей» фотонов и «ансамблей» электронов.

Фотоны в любом количестве могут действовать согласованно, образуя общую электромагнитную волну, а при описании с помощью формул — входя в одну волновую функцию. Так, например, хорошо сфокусированный световой или радиолуч представляет собой поток «согласованных» между собой, или, как говорят, когерентных, фотонов. Кроме того, если фотоны попадают в замкнутую полость с хорошо отражающими стенками — резонатор, они могут образовать стоячую волну, аналогичную волне в колеблющейся струне. Измеряя напряженности электрического и магнитного полей в разных точках интенсивного когерентного электромагнитного луча или в разных точках резонатора, заполненного таким излучением, мы по существу имеем дело с множеством фотонов и получаем в результате некоторые сглаженные, усредненные данные о их поведении. Принцип неопределенности указывает, что нельзя одновременно измерить с совершенной точностью и электрическое и магнитное поля. Но обычно его действие почти не проявляется и дает о себе знать лишь в особых обстоятельствах.

Так, например, на основе принципа неопределенности можно объяснить существование флуктаций, или шумов, при измерениях очень слабых волн.

Как уже говорилось, фотоны можно «запереть» в полости с отражающими стенками. Электроны тоже могут быть «заперты» в магнитном поле, или захвачены положительно заряженным ядром атома. Но электрон только в одиночку ведет себя как волна конкретного вида и характеризуется одной волновой функцией. В случае электронов невозможно состояние, аналогичное когерентной электромагнитной волне, которую образует множество фотонов с одними и теми же волновыми характеристиками и общей волновой функцией. Свойства пучка электронов обязательно будут отличаться от свойств когерентного пучка световых лучей.

24 Интенсивный пучок лучей света, содержащий огромное множество фотонов, очень похож на волну, а пучок электронный очень похож на струю отдельных частиц.

Когда в системе электронов устанавливается порядок, получается нечто совершенно непохожее на когерентный пучок лучей света. Упорядоченные системы многих электронов и атомных ядер оказываются твердыми кристаллическими веществами. Действительно, атомы состоят из ядер, окруженных электронами, а кристаллы вещества строятся из регулярно расположенных атомов, причем каждое ядро прочно удерживает около себя некоторые электроны, разделяя власть над другими с соседними ядрами. Каждый электрон в такой системе имеет свои, отличные от других волновые характеристики и описывается своей волновой функцией, но эти различия взаимосвязаны благодаря строгой регулярности структуры кристалла.

В нашем обычном мире мы можем изготовить из таких кристаллов чрезвычайно маленькие шарики, или «частицы», которые, однако, не будут проявлять при движении никаких доступных наблюдению волновых свойств. Но опыты совершенно отчетливо обнаруживают волновой характер поведения электронов в кристаллах. Конечно, очень точный эксперимент, возможно, позволил бы выявить волновые свойства и у достаточно малых (в обычном смысле) крупиц различных веществ. Ведь мы знаем, что даже очень интенсивный свет, который в большинстве опытов проявляет именно волновые свойства, выбивает электроны из фотоэмиттера «поштучно», то есть таким путем, который заставляет предположить, что фотоэмиттер бомбардируют частицы.

Уж не столкнулись ли мы в случае как света, так и электронов с'неразрешимым-противоречием между частицей и волной?

В царстве сверхмалого — новые представления

Я смотрю на этот вопрос так: «чисто волнообразное» и «чисто частицеобразное» поведение вещества, с которым мы привыкли иметь дело в окружающем нас мире, или в макромире, всего лишь — обобщения или приближения. Для всего, что можно наблюдать непосредственно или с помощью приборов, эти приближения выполняются

25 столь точно, что кажутся безукоризненными и непреложными фактами. Но в микромире, мире электронов и фотонов, мы никогда не сможем поставить опыта, который позволил бы нам отличить «идеальную частицу» от «идеальной волны». Спрашивать, являются ли электрон и фотон частицами или волнами,— значит задавать наивный и не имеющий ответа вопрос. Это все равно что спросить, каков электрон на цвет или на вкус.

Можно, конечно, характеризовать сгустки вещества как частицы, а лучи света как волны. Мы умеем проделывать множество опытов, позволяющих с определенностью отличить поведение таких частиц от поведения таких волн. И все-таки частица и волна лишь упрощенные абстракции, которые в лучшем случае описывают природу приближенно, хотя иногда и столь точно, что невозможно заметить никакой ошибки.

Однако, если обратиться к достаточно тонким измерениям, мы обнаружим, что в природе попросту нет того четкого разделения, которое мы вложили в свои упрощенные, хотя и очень полезные, понятия «частица» и «волна». Вот эти-то явления, по отношению к которым разделение «волна — частица» лишено смысла, и играют решающую роль в квантовой электронике.
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 7 < 8 > 9 10 11 12 13 14 .. 46 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed