|
З часу Юнга, Френеля і Коші аж до народження фотонної гіпотези в 1905 році в оптиці панувало несколькр хвильових теорій. З 1905 року і до створення квантової електродинаміки в 1927 році для пояснення фактів в області оптичних явищ використовувалися дві взаємно несумісні сукупності ідей: польова теорія Максвелла і безліч припущень (навряд чи їх можна назвати гипотетико-дедуктів-ними системами), що групувалися навколо фотонної гіпотези. Припускали, що природа світла повинна бути дуальної, і ця дуальність часто розглядалася як несвідомих до чого-небудь більш фундаментального. Квантова електродинаміка була побудована з метою приведення корпускулярно-хвильового дуалізму до несуперечливої сукупності ідей. Широко поширена думка, що квантова електродинаміка це завдання успішно виконала, оскільки вона приписує фотону 1 М. Bunge, Foundations of Physics, New York, 1967, и с
и 46 І як імпульс, так і момент імпульсу (або, скоріше, квантові аналоги таких). Звичайно, це не свідчить про те, що квантова електродинаміка розглядає фотон як частку. По-перше, квантова електродинаміка заперечує два корпускулярних властивості фотона, а саме: точну локалізацію (отже, і певну траєкторію) і масу. По-друге, квантова електродинаміка не містить ніякого рівняння руху у власному Иисле слова.
Всі її основні рівняння, включаючи перестановочне співвідношення, є польовими рівняннями, жодне з яких не містить траєкторій фотона в звичайному просторі. (Правда, будь-яка формула для швидкості зміни в часі динамічної змінної називається рівнянням руху, але це тільки метафора, бо немає необхідності пов'язувати її з яким-небудь рухом.) По-третє, властивості, які квантова електродинаміка приписує полю випромінювання, є немеханічними. Наприклад, електрична і магнітна складові, фази і незалежність швидкості розповсюдження поля від системи відліку.У всякому разі, квантова електродинаміка залишається ближчою до теорії поля Максвелла, ніж до механіки. Зрештою, вона є результатом квантування рівнянь Максвелла. Квантові властивості поля не слід помилково приймати за його механічні або корпускулярні властивості. Так, той факт, що імпульс фотона можна додати до механічного імпульсу шматочка речовини (matter) і отримати у результаті сохраняющуюся величину, аж ніяк не доводить механічної природи фотонів, що не доводить він і електромагнітної природи шматочка речовини, як і можливість додавання енергії різних видів не дока-швает їх тотожності з механічною роботою. Все це-ОВОР про те, що чотиривимірний вектор енергії-імпульсу, на відміну від маси і заряду, є не специфічною властивістю, тобто властивістю, характеризую-Цім будь-яку відому раніше фізичну систему.
Подібним же чином можливість розкладання енергії юля на енергію випромінювання осциляторів доводить нема про, що поле являє собою механічну систему, и що гамильтонов формалізм є невизначеним [noncommitai) і допускає механічні аналогії, які іноді вводять в оману Якщо ми втілюємо різні теорії в одну і ту ж математичну форму, скажімо в гамильтоновой, то ми повинні отримати і формальні аналогії. Але нам не слід гіпостазувати це математичне подобу, стверджуючи, що Природа, наприклад, вся механічна (або вся електромагнітна).Коротше кажучи, корпускулярно-хвильовий дуалізм, який порушив в 1905 році єдність електромагнітної теорії, стимулював створення іншої теорії - квантової електродинаміки, елімінує дуалізм. Навіть у своїх найбільш витончених варіантах квантова електродинаміка є польовий теорією, яка не містить ніяких гіпотез про корпускулярну природу фотонів. Дуалізм світла в такому випадку просто пережиток міжцарів'я 1905-1927 років, реліквія, що служить головним чином тому, щоб зміцнити студентів в помилковому думці, нібито світло може бути одночасно і хвилею, і не вільний, більше того, що він взагалі виглядає так, як того побажає всемогутній Спостерігач.
|
- 5. Зліт і падіння додатковості
корпускулярним, так і хвильовим аспектами. Це і є теза про загальне дуалізм; він є мегафізіческой гіпотезою, так як стосується фундаментальної природи всього сущого. Коли була побудована квантова механіка, співвідношення розкиду («неточності») Гейзенберга були інтерпретовані з точки зору дуалізму і як безпосередня ілюстрація до нього. Принцип додатковості Бора, який, подібно
- 3. Другий «вирішальний експеримент»
нової теорії і хвильової теорії світла; Філіп Ленард, який його осуще ствіл, не надавав такого значення своєму експерименту »яке надавав йому Араго. І дійсно експеримент Ленарда не признавався вирішальним до 1905 року, коли Ейнштейн звернув на нього увагу фізиків. Ми, однак, будемо розглядати цей експеримент так, як якби він був задуманий у вигляді вирішального експерименту,
- Аналогія і додатковість
корпускулярном мовою) відповідально за багато концептуальні (НЕ обчислювальні і не емпіричні) труднощі квантової теорії. Це буде далі
- 2. Вирішальний експеримент, який спростовує корпускулярну теорію світла
корпускулярної гіпотезою в часи Ньютона існувала інша гіпотеза, за допомогою якої виводилися закон заломлення та інші оптичні закони з припущення, що світло є поширенням максимумів щільності, або згущувань в пружною середовищі , що заповнює весь світовий простір. Якщо в такому середовищі в одній точці Р створюється максимум щільності, то цей максимум буде поширюватися з
- 3. Ньютоновская відносність і оптичні явища
корпускулярної теорією світла ». Згідно другої теорії все світове простір наповнений тонкою пружною середовищем, ефіром, який також слідував законам ньютонівської механіки. Відповідно до цієї теорії, світло складається в поширенні хвиль в цьому середовищі. Згідно нової теорії, світло повинне поширюватися з більшою швидкістю у воді, ніж у повітрі (за більшої взаємного тяжіння до більш
- 1. Двосічна аналогія
корпускулярної і хвильової аналогіями). Вони вже давним-давно досягли меж свого застосування. Безсумнівно, що цілком природні спроби черпати натхнення в класичній фнзіке спочатку були виправдані хоча б тим, що електрони і фотони іноді поводяться як частки, а іноді як поля. І ніщо, крім аналогії, не могло допомогти надати якої б то не було фізичний зміст хвильової і матричної
- 6. Різноманітність формулювань в атомній фізиці
корпускулярні картини, то вводимо проміжні явища і досягаємо того, що Рейхенбах називає «вичерпної інтерпретацією» атомної фізики. Ми дали в § 5 приклади вичерпних інтерпретацій і показали, що для кожного експерименту є дуже багато, можливо навіть нескінченно багато, вичерпних інтерпретацій. Деякі автори зайняли крайню точку зору, і вважають, що «вичерпні
- 5. Явища і проміжні явища
нової теорії. Ми можемо припустити, що частинки проходять через щілину і відхиляються згідно вероятностному закону, який визначає розподіл, що має максимуми при 9 -
- 3. Ясна видимість
корпускулярних, або в хвильових термінах і (Ь) тим фактом, що всі звичайні міркування можуть бути проведені в рамках нашої версії квантової механіки без використання понять частки і хвилі. Зокрема, вектор стани не інтерпретується як вектор, що описує напруженість деякого поля. Він також не інтерпретується і як якесь поле знання. Це майже такий же джерело фізичних властивостей,
- 5. Закони руху дуже малих матеріальних частинок
хвильової теорією і концепція траєкторії повинна бути відкинута повністю. Ідея де Бройля полягала в тому, щоб трактувати рух малих часток таким же чином. Його відправним пунктом була обставина, що в оптиці тільки дуже приватний тип явищ може бути описаний за допомогою пучків світлових променів і їх ортогональних поверхонь, тобто поверхонь фронту хвиль. Оптичні ж явища в загальному
- 5. Принципи теорії Ейнштейна
оптиці, цього не повинно було бути. Ейнштейн тому наважився на гіпотезу, що принцип відносності, можливо, є принципом більш високого ступеня спільності, ніж ньютонівські закони руху і теорія світла, заснована на уявленні про існування ефіру. З останньої він узяв тільки один загальний результат, який, очевидно, був правдоподібним узагальненням спостережених фактів: у світі
- II. ІСТОРІЯ КВАНТОВОЇ ТЕОРІЇ
корпускулярного опису та на елементарні частинки матерії, зокрема на електрони. Він показав, що руху електрона може відповідати деяка хвиля матерії, так само як руху світлового кванта відповідає світлова хвиля. Звичайно, в той час не було ясно, що означає в цьому зв'язку слово «відповідати». Де Бройль запропонував пояснити умови квантової теорії Бора за допомогою
- 4. Закони руху для квантів світла
хвильової теорії. Ясно, що введення фотонів не повинно змінити цей стан речей. Усяке оптичне явище в кінцевому рахунку описується як розподіл світлих і темних плям на екрані або за допомогою фізико-хімічних ефектів наявності або відсутності освітленості на якому-небудь тілі. За звичайних обставин ми повинні вимагати, щоб фотони підпорядковувалися таким законам руху, які
|