Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
Реальная проблема заключается в следующем: каковы законы, управляющие переносом энергии от атома в источнике света до
'отс/элемент
Расширяющаяся' ptfmov/w с t/Myvs.wew
Рис. 47А. Атом в центре рисунка испустил свет год назад. Соответственно радиус и * * \оскоЙ оболочки, до которой дошло излучение, равен световому году. На таком же рассто^ . ! ^права на рисунке) установлен фотоэлемент. Его срабатывание означает, что вся энергия волны внезапно сконцентрировалась'на фотоэлемента. Почему это возможно? Каким обра гия
от противоположной части оболочкимдостигает фотоэлемента за время, меньшее чем дэз года? «Парадокс» исчезает, если мы откажемся от классической идеи, что плотность энерги:-; пропорциональна квадрату амплитуды поля. В квантовой механике перенос энергии от атомл к фотоэлементу управляется?вероятностным законом и квадрат амплитуды поля ишет гг етнрует-
ся как плотность вероятности ^ ^
электрона в детекторе? И менно это мы изучаем, и некоторые сЕсиства новых законов мы уже обнаружили.
48. Вернемся кдифра кдионному опыту, рассмотренному в п. 39— 42 (рис. 39А). Предположим, что с помощью фотоэлемента мы наблюдаем фотоны в данном направлении 0. Измеряя сксрссть счета при разных углах 0, мы можем получить дифракционную картину. Допустим, что наш счетчик сработал.
Вопрос: через какую щель прошел фотон? Оп.елпг. сн грешел через обе щели — частично через щель U, частично 1;ерез щель L.
Этот ответ вполне в духе нашей теории, принципы кстсгсй изложены в п. 44. Если бы объектом исследования был. скажем, биллиардный шар, движение которого определено законами классической механики, то подобный ответ был бы поразительным. Но мы имеем дело с фотонами, и такой ответ не удивителен; он попросту отвечает тому, что действительно происходит.
Вопрос: можно ли так устроить, чтобы знать, через ьагл к щель прошел фотон? Ответ: да , и очень просто. Закрсем щель I: тогда мы знаем, что все зарегистрированные фотоны прсцлн через щель L. При этом, конечно, мы уже не уиидим дифракции ст двух щелей, а будем наблюдать дифракцию от одной ще^и. Читатель скажет, что это не отвечает на заданный Еопрсс. Проделаем этот опыт с помощью более хитрого устройства, не прибегая к закрыванию одной щели. Другими словами: мы хотим со.ргншь в п.смно-сти дифракционную картину от двух щелей в тем ги/е. е ьзком
173
она существовала до хитрого устройства, но тем не менее иметь возможность указать щель, через которую прошел данный фотон. Можно ли это сделать?
Допустим, что это возможно. Тогда мы могли бы просто отбросить все отсчеты, при которых фотон прошел через щель U, и построить дифракционную картину по остальным отсчетам, отвечающим прохождению фотонов через щель L. Что представляла бы собой такая картина? Она должна была бы соответствовать дифракции от одной щели, ибо мы уверены, что «через щель U ничего не прошло», а это равносильно закрытию этой щели. Все сказанное справедливо и для другой щели. Все отсчеты, рассмотренные совместно, дали бы картину, рассмотренную в п. 41, т. е. она совпадала бы с тем, что мы действительно наблюдаем в случае дифракции от двух щелей. Итак, в опыте, где мы наблюдаем дифракцию от двух щелей, мы не можем указать, через какую щель прошел фотон. Такая дифракционная картина может возникнуть лишь в том случае, если фотон проходит через обе щели, и вопрос о том, через какую именно щель прошел фотон, не имеет смысла.
49. Мы узнали много интересного о свойствах фотона. Изложенная в п. 44 простая теория представляет собой лишь первое приближение к квантовомеханической теории электромагнитного излучения. Но сказали мы не все. Мы ничего не сказали, в частности, о процессе, происходящем с участием нескольких фотонов. Цель этой главы — лишь в простой и предварительной формулировке квантовомеханических идей, достаточной, однако, для понимания основных опытов с фотонами. Этой цели мы достигли. Суть изложенной теории в том, что амплитуда волны, связанной с фотоном, рассматривается в рамках классической электромагнитной теории, тогда как все величины, квадратично зависящие от амплитуды, интерпретируются через вероятности. Фотон может быть «расщеплен» в том смысле, что волну можно разложить с помощью полупрозрачных зеркал или других устройств на две или большее число частей, как это происходит в классической теории. Однако мы не можем с помощью, например, фотоэлемента зарегистрировать часть почти монохроматического фотона с частотой и, несущего энергию &<в, и в этом смысле фотон «нераощепим». Эти идеи представляют собой очевидный отказ от идей классической5 электромагнитной теории. Было бы, однако, преувеличением утверждать, что мы полностью отказались от классической теории. Скорее мы обнаружили ее ограниченность.
Мы хотим подчеркнуть, что в обсуждавшихся экспериментальных фактах нет ничего парадоксального/или таинственного. Обнаруживаемые в опыте свойства природы, естественно, поражают нас, но причина этого в предвзятых идеях, на которых мы воспитаны. Нам кажется, что мы знаем, что должно происходить, и бываем обескуражены, когда действительность обманывает наши ожидания. Следует, однако, привыкнуть принимать вещи такими, какие они есть, и видеть задачу теории в простом и согласованном описании явлений.
