Жизнь и мечта

Он назвал эти лучи инфракрасными. И это открытие было сделано с помощью такой же стеклянной призмы, какой пользовался Ньютон. Только Гершель применил для регистрации света не простое наблюдение глазом, а термометр. При этом он обнаружил, что, перемещаясь за границу красного цвета, т. е. в ту сторону, где для глаза уже нет никаких лучей, термометр продолжает показывать присутствие какого-то таинственного излучения.

Так были обнаружены (открыты) невидимые для глаза инфракрасные лучи, входящие в качестве составной части в световые лучи Солнца или любого другого накаленного тела. Опыты Гершеля сильно расширили представления о природе света и дали толчок для дальнейших новых исследований в этой области.

165

Однако процесс дознания бесконечен. Поэтому без преувеличения можно сказать: да, теперь нам действительно многое известно о природе света. Но заявить, что мы уже все о нем знаем, все равно нельзя.

ШИРЯТСЯ ПОЗНАНИЯ О ВОЛНАХ

Во времена Ньютона считали, что свет — это мельчайшие частицы (корпускулы), которые попадают в глаз и там вызывают соответствующее раздражение. Потом опытами Гюйгенса было доказано, что свет имеет волновую природу, которая наиболее ярко проявляется при явлениях дифракции и интерференции.

Если взять в руки линейку с очень частыми делениями, например логарифмическую, и направить ее на источник света (по направлению к солнцу или к нити лампы накаливания) и смотреть вдоль этой линейки под очень малым углом зрения (лучше всего вдоль равномерной и самой мелкой шкалы), то мы увидим чередующиеся цветные полосы — цвета радуги. Происходит это потому, что свет, отражаясь от каждого штриха, достигает поверхности сетчатки нашего глаза в разное время. В этом случае волны, складываясь, взаимно ослабляются, даже совсем уничтожаются или, наоборот, усиливаются. Как говорят, волны интерферируют между собой.

Дифракцию света лучше всего можно наблюдать при прохождении света через узкие щели или отверстия, а также при отражении света от мелкой решетки. В приведенном примере штрихи логарифмической линейки и играют роль такой дифракционной решетки.

Явление дифракции света, а точнее говоря, внешняя картина, наблюдаемая при этом явлении, послужила в свое время довольно веским основанием для заключения о том, что и материальные частицы (такие, как электроны, протоны и т. п.) также имеют волновую природу.

В 1927 г. Л.-Х. Джермер и К.-Д. Дэвиссон поставили в США опыты по отражению электронов от кристаллов твердого тела, а также по прохождению пучка электронов через весьма узкие отверстия. При этом они обнаружили, что электроны рассеиваются и отражаются в этих случаях по вполне определенному закону. На флюоресцирующем экране, на который они падают, в результате такого отражения образуются изображения в виде правильных концентрических кругов различной интенсивности.

166

По внешнему виду эти круги точно такие же, какие образуются при дифракции света. Внешнее сходство наблюдаемых картин было столь поразительно и вместе с тем столь убедительно, что у авторов опытов и в особенности у их последователей невольно возникало желание перенести законы, характеризующие волновую природу света, и на материальные частицы.

В это же примерно время советский физик Валентин Александрович Фабрикант ставил опыты по прохождению электронов через малые отверстия в металлах и получил аналогичные дифракционные картины при очень малой плотности электронного тока. Суммарный эффект прохождения электронов через такие отверстия дал такую же картину, как и волновая дифракция.

Теперь мы уже не сомневаемся, что электроны и другие материальные частицы действительно при некоторых условиях ведут себя как волны. Но этот дуализм в теории познания элементарных частиц свидетельствует лишь о недостаточности наших знаний об их истинной природе и в особенности о природе их взаимодействия с другими материальными телами и полями.

Опыты Джермера и Дэвисона, одно время считавшиеся чуть ли не самым главным доказательством волновой природы электрона, в настоящее время уже нельзя толковать так просто. Новые, более совершенные опыты по дифракции электронов свидетельствуют о том, что картина, получающаяся на светящемся экране или на фотопленке, куда падают электроны после прохождения малых отверстий, может, быть почти такой же и в том случае, когда в камере мимо отражающего кристалла будет проходить не по два и не по нескольку электронов, а только по одному в каждую единицу времени.

Практически это уже осуществлено. В этом случае ни о каком одновременном взаимодействии электронов с отражающей решеткой не может быть и речи, значит, не может быть и интерференции электронов (т. е. сложения или взаимного вычитания волн) в месте падения их на экран.

Каждый электрон в этом случае будет сам по себе проходить мимо отражающей поверхности и сам по себе достигать экрана наблюдения. Однако, как показал эксперимент, конечное распределение электронов на экране наблюдения и в этом случае получается точно таким же, как и при дифракции света, 167